FILTRACIÓN EN MÚLTIPLES ETAPAS

Cinara
•me
FILTRACIÓN EN MÚLTIPLES ETAPAS
Tecnología innovativa para el tratamiento de agua
•HP..
SERIE DOCUMENTOS TÉCNICOS
Distribución gratuita - Proyecto UNESCO "Promoción de actividades orientadas
a la sostenibilidad en el sector de agua potable, saneamiento básico
y conservación del medio ambiente"
Foto de Ia portada: Planta de tratamiento construida a escala real
utilizando la Tecnología de Filtración en Múltiples Etapas en el
corregimiento de Mondomo, municipio de Santander de Quilichao,
Colombia.
FILTRACIÓN EN MULTIPLES
ETAPAS
Tecnología innovativa para el tratamiento de agua
GERARDO GALVIS CASTAÑO
JORGE LATORRE MONTERO
Universidad del Valle
Cinara, Instituto de Investigación y Desarrollo en Agua Potable,
Saneamiento Básico y Conservación del Recurso Hídrico
JAN TEUN VISSCHER
IRC, International Water and Sanitation Centre
LIBRARY IRC
PO Box 93190, 2509 AD THE HAGUE
Tal.: +31 70 30 689 80
Fax: +31 70 35 899 64
BARCODE: /
LO.
EMCALI
Empresas Municipales de Cali
r****
COMITÉ DL CAFETEROS
DEL VALLE DEL CAL'CA
-•—•&r-r:
COLCIENCIAS
FINDETER
Financiera de Desarrollo
FILTRACIÓN EN MULTIPLES
ETAPAS
Tecnología innovativa para el tratamiento de agua
Procesamiento de texto:
Rubiela Vernaza Díaz
Ilustraciones:
Edinson Galvis M, Cinara
Alex Manuel Velásquez
Fotografías:
Manuel Varona, Asesor Cinara
© Copyright Universidad del Valle
Cinara, Instituto de Investigación y Desarrollo en Agua Potable,
Saneamiento Básico y Conservación del Recurso Hídrico
La reproducción total o parcial de este material está autorizado para propósitos
de educación o desarrollo, excepto aquello que involucre interés comercial, siempre que:
- Se cite completamente la fuente
- Se solicite autorización escrita a Cinara, IRC
Publicado por:
Artes Gráficas de Univalle
1
Distribuido por:
Universidad del Valle
Cinara, Instituto de Investigación y Desarrollo en Agua Potable,
Saneamiento Básico y Conservación del Recurso Hídrico
[email protected]
A.A. 25157, Cali, Colombia
TRC, International Water and Sanitation Centre
[email protected]
ISBN: 958-8030-20-X
Santiago de Cali, septiembre de 1999
FILTRACIÓN EN MÚLTIPLES
ETAPAS
Tecnología innovativa para el tratamiento de agua
Serie Documentos Técnicos
Universidad del Valle
Cinara, Instituto de Investigación y Desarrollo en Agua Potable,
Saneamiento Básico y Conservación del Recurso Hídrico
IRC - International Water and Sanitation Centre
UNESCO - Oficina de las Naciones Unidas para la Ciencia y la Cultura.
Departamento Nacional de Planeación, Colombia; Ministerio de Desarrollo Económico
de Colombia; Ministerio de Salud de Colombia; Ministerio del Medio Ambiente de Colombia; Colciencias, Instituto Colombiano para el Desarrollo de la Ciencia y la Tecnología Francisco, José de Caldas; Financiera de Desarrollo Territorial S.A. FINDETER; EMCALI E.I.C.E,
Empresas Municipales de Cali; ACU AVALLE, Sociedad de Acueductos y Alcantarillados del
Valle; Comité Departamental de Cafeteros del Valle del Cauca.
Distribución gratuita - Proyecto UNESCO "Promoción de actividades orientadas a la
sostenibilidad en el sector de agua potable, saneamiento básico y conservación del recurso
hídrico".
Antonio Castilla Ruiz
Maestro forjador de ilusiones,
cofundador y asesor de Cinara.
In memorian
TABLA DE CONTENIDO
Abreviaturas
Prefacio
¡>
:
1.
Introducción
2.
2.1
Conceptos en el mejoramiento de la calidad del agua
Consideraciones históricas
2.2
Riesgos para la salud pública asociados con el aguapara
consumo humano
Guías y normas de calidad de agua
Parámetros básicos en Sistemas Comunitarios de
Abastecimiento de Agua
Inspección sanitaria y análisis de calidad de agua
Identificando prioridades en programas de mejoramiento
de la calidad de agua
Estrategia de las barreras múltiples para reducir riesgos
microbiológicos
Conceptos básicos asociados con el tratamiento de agua
La búsqueda de soluciones sostenibles
Soluciones sostenibles
2.3
2.3.1
2.4
2.5
2.6
2.6.1
3.
3.1
3.2
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
3.3
3.4
13
15
•••••
1
7
21
21
22
24
.
:¡
;
24
26
28
30
31
35
36
3.4.1
Aspectos e indicadores de sostenibilidad de las soluciones
El nivel de servicio
El uso eficiente del agua
La administración
Seguimiento y evaluación
.
Participación de la comunidad
Consideraciones generales sobre proyectos de tratamiento
de agua
La localización
i ,
3.4.2
Criterios de diseño
3.4.3
3.4.4.
4.
4.1
Consideraciones en la construcción
Operación y mantenimiento
Filtración en múltiples etapas
La tecnología de filtración lenta en arena (FLA)
46
47
49
50
4.1.1
Las unidades de filtración lenta en arena
51
4.1.2
Mecanismos de remoción en las unidades de filtración lenta
53
"
38
39
41
42
42
43
45
45
•• .
•
46
4.2
4.2.1
Limitaciones de la tecnología de filtración lenta en arena
Niveles de contaminación que superan la capacidad
54
de tratamiento
Condiciones que inhiben o reducen la eficiencia
56
4.2.2
4.3
4.3.1
del proceso
Superando limitaciones de la filtración lenta en arena
Evolución en el uso de la tecnología FLA en Europa
58
60
60
4.3.2
Consideraciones sobre la búsqueda de alternativas
4.4
4.4.1
de pretratamiento
Consideraciones sobre la filtración en múltiples etapas
Descripción de los componentes con filtración gruesa
62
64
65
4.5
5.
5.1
5.1.1
5.1.2
5.1.3
5.1.4
5.1.5
Otras alternativas de pretratamiento
Comportamiento de la tecnología FiME
Experiencias con plantas a escala técnica de investigación
Consideraciones generales
Evaluación de la calidad del agua cruda
Evaluación de las unidades de filtración gruesa dinámica
Evaluación de las unidades de filtración gruesa
Comportamiento de las unidades de filtración lenta
67
69
71
71
72
74
74
78
5.3
6.
6.1
6.2
6.3
6.4
6.4.1
en arena
Experiencias con plantas FiME que utilizan fuentes
superficiales de ladera
La aplicación de FiME
Costos de plantas FiME
Presentación
Antecedentes
Características de los costos
Estimación de los costos en FiME
Criterios básicos
,
6.4.2
6.4.3
Modelos de cantidades de obra
Indicadores para administración, operación y mantenimiento
91
93
6.4.4
6.5
6.6
Metodología para obtener los costos
Modelo de costos de construcción para el Valle del Cauca
Consideraciones sobre el modelo propuesto
:K
f
95
96
97
6.7
6.7.1
Impacto de la tecnología sobre la tarifa
Comparación de Costos y Estimación de su Impacto
,jg
101
7.
en Tarifas
Selección de alternativas de la tecnología FiME
m
102
105
5.2
82
86
87
87
87
89
90
90
-
7.1
Rangos de clasificación de calidad de agua en fuentes
superficiales
106
7.1.1
7.1.2
Turbiedad
Coliformcs fecales
106
107
7.1.3
Color real
'
108
7.2
Consideraciones sobre la eficiencia de los sistemas FiME
109
7.3
Consideraciones con base en costos
109
7.4
8.
8.1
8.2
8.2.1
8.2.2
8.2.3
8.2.4
8.2.5
8.3
8.4
8.5
8.6
9.
9.1
9.1.1
9.1.2
9.1.3
9.1.4
9.1.5
9.1.6
9.2
9.3
9.4
9.5
10.
10.1
10.1.1
10.1.2
10.1.3
10.1.4
Recomendaciones sobre la selección de FiME
Filtración gruesa dinámica
Descripción general
Componentes principales del FGDi
Cámara de filtración
Lechos filtrantes y desoporte
Estructuras de entrada y salida
Sistema de drenaje y cámara de lavado
Tuberías y accesorios de regulación y control
Criterios de diseño
Eficiencias de remoción
Dimensionamiento
Operación y mantenimiento
Filtración gruesa ascendiente
Descripción general
Cámaras de filtración
;
Lecho filtrante
Estructuras de entrada y salida
Sistema de drenaje y cámara de lavado
Accesorios de regulación y control
Dispositivos para la limpieza superficial
Criterios de diseño
Eficiencias de remoción
Operación y mantenimiento
Costos
Filtración lenta en arena
Descripción general
Caja de filtración y estructura de entrada
Lecho filtrante
Capa de agua sobrenadante
Sistema de drenaje y camarade salida
110
113
113
114
114
115
115
115
115
116
117
118
119
123
123
124
124
124
127
127
127
128
130
130
133
133
135
136
136
138
139
.
.
. ,
10.2
10.3
Calidad de agua
Consideraciones de diseño
a
*
10.3.1
Criterios de Diseño
10.3.2
Determinación del Número de Módulos de Filtración
10.3.3
Dimensionamiento de Módulos de Filtración
10.4
10.5
Aspectos constructivos
Operación y mantenimiento
11.
11.1
11.1.1
11.1.2
Ejemplos de diseño de sistemas FiME
Ejemplo de diseño con nivel bajo de riesgo
Calidad de agua cruda
Selección del sistema de tratamiento
11.1.3
11.2
11.2.1
11.2.2
Parámetros de diseño y dimensionamiento del sistema
Ejemplo de diseño con nivel medio de riesgo
Calidad de agua cruda
Selección del sistema de tratamiento
11.2.3
11.3
11.3.1
11.3.2
11.3.3
11.4
12.
Parámetros de diseño y dimensionamiento del sistema
Ejemplo de diseño con alto nivel de riesgo
Calidad de agua cruda
Selección del sistema de tratamiento
Parámetros de diseño y dimensiones
Consideraciones finales
Referencias bibliográficas
141
142
143
145
145
148
148
153
153
153
153
153
155
155
156
156
157
157
158
158
160
161
••«-
ANEXOS
1.
2.
3.
4.
5.
Formato de seguimiento en plantas de tratamiento por filtración
en múltiples etapas
Esquema de operación y mantenimiento de una planta de tratamiento
por filtración en múltiples etapas
Requerimientos de válvulas en plantas de tratamiento por filtración
en múltiples etapas
Accesorios requeridos en sistemas de filtración en múltiples etapas
Diseño de múltiples
169
171
173
177
179
185
ABREVIATURAS
A:
AIU:
AIT:
b:
BC:
BM:
C:
cd:
ct:
CEA:
Cinara:
CMD:
COA:
COLCIENCTAS:
COT:
DAC:
DGIS:
DNP:
do:
DST:
DUT:
E. COU:
EPFL:
fe:
FG:
FGAC:
FGAS:
FGDi:
FiME:
F1NDETER:
FiR:
FLA:
FRE:
hab:
h/d:
ICFES:
IHE:
ILSI:
1NSFOPAL:
IRC:
Kg:
I/s:
ni:
Área
Administración, imprevistos y utilidad
Instituto Asiático de Tecnología
Ancho
British Council
Banco Mundial
Costo
.
'
Coeficiente de descarga
Costo total
Costo equivalente anual
Instituto de Investigación y Desarrollo en Agua Potable, Saneamiento Básico y Conservación del Recurso Hídrico
Consumo máximo diario
Carbono orgánico asimilable
Instituto Colombiano para el Desarrollo de la Ciencia y la Tecnología, Francisco José de Caldas
Carbono orgánico total
Development Assistance Committee
Departamento de Cooperación para el Desarrollo del Gobierno de los Países Bajos
Departamento Nacional de Planeación
Tamaño electivo
Desviación estándar
!
Delft University Technology
Escherkhia Cotí
,
Escuela Politécnica Federal de Lausanne, Suiza
;
Factor de recuperación de capital
Filtración gruesa
Filtro grueso ascendiente en capas
Filtro grueso ascendente en serie
Filtro grueso dinámico
'
Filtración en múltiples etapas
Financiera de Desarrollo Territorial
Filtración rápida en arena
Filtración lenta en arena
Frecuencia
Habitante
:
Horas por día
Instituto Colombiano de Fomento a la Educación Superior
International Institute for Infrastructural Hydraulic and Environmental
Engineering
International Life Sciences Institute
Instituto Nacional de Fomento Municipal
International Water and Sanitation Centre
Kilogramo
Litros por segundo
Metro
m/h:
MDF:
mg/l:
ml:
mm:
MWB:
N:
n:
NA:
n.e.:
ODA:
OECD:
OMS:
OPS:
O&M:
PEC:
pH:
PNUD:
psi:
PVC:
Q:
Qf:
Qi:
QL:
r:
ss:
SANDEC:
SDWA:
SECAB:
t:
TC:
THM:
UA:
UFC:
UNDP:
UNESCO:
UNICEF:
UNT:
UPC:
USEPA:
V:
VAR:
v.g.:
Vs:
WASH:
WHO:
um:
Metros por hora
Management Development Foundation
Miligramos por litro
Mililitros
Milímetros
:
Metropolitan Water Board
Numero de datos
Número de unidades
;
No aplicable
No especificado
Overseas Development Administration
Organization for Economic Cooperation and Development
Organización Mundial de la Salud
Organización Panamericana de la Salud
Operación y mantenimiento
Polímeros extracelularcs
Potencial de hidrogeniones
Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo
Libras por pulgada cuadrada
Polivinüo de cloruro
Caudal
Caudal filtrado
Caudal afluente
Caudal de lavado
*
Coeficiente de correlación
*
Sólidos suspendidos
Departamento de Agua y Saneamiento para los Países en Desarrollo
Safe Drinking Water Act
Secretaría del Convenio Andrés Bello
Tasa de descuento
Tiempo completo
Trihalometanos
Unidades de absorbancia
Unidades formadoras de colonia
•
•;$
United Nations Development Programme
Organización de las Naciones Unidades para la Educación, la Ciencia y la
Cultura
United nations Children's Fund
Unidades nefelométricas de turbiedad
Unidades de platino cobalto
Uniled States Environmental Protection Agency
Vida útil
Válvula de apertura rápida
Por ejemplo
Velocidad superficial de lavado
Water and Sanitation for Health Project
World Health Organization
;
Mieras
PREFACIO
Entre 1989 y 1997 se desarrolló el proyecto de Investigación y Demostración de la Tecnología de Pretratamientos para Sistemas de Abastecimiento de Agua. El proyecto estuvo
orientado a identificar y proponer alternativas para tratamiento de agua viables, confiables y
compatibles económicamente con los sistemas de abastecimiento existentes en núcleos rurales y pequeños y medianos municipios. Se focalizó en el desarrollo de la Filtración en
Múltiples Etapas, FiME, como una combinación de la filtración en medios de grava y la
filtración lenta en arena, y fue coordinado por el Instituto de Investigación y Desarrollo en
Agua Potable, Saneamiento Básico y Conservación del Recurso Hídrico, Cinara, de la Universidad del Valle, Cali, Colombia, y por el IRC, International Water and Sanitation Centre
con sede en La Haya, Países Bajos.
El soporte económico para el proyecto fue suministrado por el Departamento de Cooperación para el Desarrollo del Gobierno de los Países Bajos y por el Ministerio de Desarrollo
Económico y Social, el Ministerio de Salud y el Departamento Nacional de Planeación del
Gobierno de Colombia. Otras instituciones cooperantes del orden internacional fueron: WHO,
UNICEF, IHE/DUT de los Países Bajos, S ANDEC y EPFL de Suiza, Universidad de Surrey
en Inglaterra y Universidad de Sao Paulo, Brasil, entre otras. De igual manera se resalta la
cooperación y apoyo de instituciones nacionales como: EMCALI, ACUAVALLE, Comité de
Cafeteros del Valle del Cauca, COLCIENCIAS, ICFES, FINDETER.
El proyecto fue ejecutado por un equipo multi-disciplinario que incluyó profesionales de
las ciencias sociales, naturales y económicas, además de ingenieros y arquitectos adscritos a
Cinara y al IRC. Un grupo de asesores suministraron un soporte valioso para su desarrollo,
mencionamos entre otros al Dr. Barry Lloyd, Dr. Nigel Graham, Dr. Luiz Di Bernardo, Dr.
Mauricio Pardon, Ing. Martin Wegelin. Ing Jorge Arboleda y al Ing Diego Rengifo. Un
reconocimiento especial a los operadores de las plantas de tratamiento construidas a escala
real, y a las comunidades participantes dentro del proyecto, quienes compartieron su experiencia y conocimiento para el desarrollo esta opción tecnológica.
Este libro presenta la experiencia generada por el proyecto Pretratamientos y está dirigido a profesionales, ingenieros de planeación y diseño relacionados con el sector de agua
potable y saneamiento, y a gerentes de entes prestadores de servicios públicos. Aunque la
responsabilidad de la escritura de este documento ha estado en manos de los ingenieros
Gerardo Galvis, Jorge Latorre y Jan Teun Visscher, realmente ha sido posible gracias a la
dedicación y apoyo recibido del equipo de trabajo de Cinara (Javier Fernández, Camilo Cruz,
Fabiola Berón, Viviana Vargas, Noel Muñoz, María M. Hincapié, Silena Vargas y Alberto
Galvis) y de muchas otras personas que han contribuido en la investigación realizada en la
Estación de Investigación y Transferencia de Tecnología en Puerto Mallarino, Cali. También
han sido importantes los aportes recibidos de los teenólogos y personal auxiliar en el seguimiento de plantas FiME construidas a escala real, generando información sólida, sobre la
cual se ha fundamentado el presente documento.
Aunque la experiencia de la tecnología FiME es bastante reciente, ya existen excelentes
antecedentes sobre la sostenibilidad de su funcionamiento en comunidades colombianas,
donde han sido construidos sistemas de tratamiento, a partir de las cuales, la experiencia está
siendo replicada en otras regiones y países, contribuyendo de esta manera, a mejorar las
condiciones de calidad de vida, particularmente en los servicios de agua y saneamiento para
millones de personas, quienes no han tenido acceso al abastecimiento de agua potable y a
adecuadas condiciones de saneamiento.
Finalmente los autores expresan su agradecimiento a la Organización de las Naciones
Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura, UNESCO, por cofinanciar la publicación
del material didáctico en español que documenta y fortalece la toma de decisiones en el sector
de agua potable y saneamiento. Material impreso, audiovisual y en medio magnético que
soportan los criterios de planeación, selección, diseño, operación, mantenimiento, administración, seguimiento y transferencia de la tecnología de Filtración en Múltiples Ftapas, FiME,
constituyen la oferta producida por Univallc-Cinara, IRC y cofinanciada por UNESCO.
1. INTRODUCCIÓN
El abastecimiento de agua potable y el saneamiento básico son aspectos esenciales para
el mejoramiento de la salud pública y el desarrollo socioeconómico, particularmente en países con una parte importante de su población afectada por enfermedades relacionadas con el
agua. Este tipo de enfermedades se encuentra entre las tres principales causas de morbilidad
y mortalidad en el mundo (Craun et al., 1994), afectando principalmente a los grupos humanos que viven en asentamientos con deficiencias en su infraestructura sanitaria. Esta situación limita la posibilidad de una vida digna y reduce significativamente la productividad de
la población.
Entre 1990 y 1994 la población de 38 países de Africa, 23 de Asia y el Pacífico, 5 de Asia
Occidental y 18 de América Latina y el Caribe, se incrementó en 312 millones de habitantes
hasta alcanzar una cifra global de 4383 millones. En el mismo periodo un total de 781
millones de personas ganaron acceso a mejores sistemas de abastecimiento de agua; sin
embargo, aún carecen de ellos 1115 millones, cifra que representa el 25% de la población
total en tales países. Las cifras más altas en el mejoramiento de los sistemas se alcanzaron
en Asia y el Pacífico, donde por ejemplo, la cobertura en abastecimiento de agua para la zona
rural se incrementó de 53% a 78%, mientras que en América Latina varió de 51 % a 56% y en
Africa del 35% al 37%. Los progresos en saneamiento, aún al finalizar la Década del Agua,
fueron muy limitados y por el contrario las cifras en cobertura se redujeron del 67% al 63%
en la zona urbana y del 20 al 18% en la zona rural. Aún permanecen cerca de 2800 millones
de habitantes con necesidad de mejorar su nivel de saneamiento (WHO/UNJCEF, 1996). s
La situación es aún más critica, pues no todos los sistemas de abastecimiento de agua
incluidos en los índices de cobertura brindan un buen servicio. Una evaluación de 40 sistemas de abastecimiento de agua en el Ecuador, mostró que el nivel y la calidad de los mismos
no correspondían con el riesgo sanitario asociado a las fuentes de suministro (Visscher et al.,
1996). Lloyd y Helmer (1991) informan sobre una zona de estudio en Peni, donde ninguno
de los sistemas comunitarios de abastecimiento de agua operaba de acuerdo con los requerimientos mínimos de calidad recomendados por la OMS. En Colombia, sólo el 4% de los
asentamientos humanos con menos de 12000 habitantes cuenta con infraestructura para el
mejoramiento de la calidad del agua (DNP, 1991) y no hay información confiable sobre las
condiciones de operación y mantenimiento. Este tamaño de asentamientos incluye el 34% de
la población colombiana y corresponde a valores mayores en otros países de la región, como
Bolivia y Ecuador.
Tradicionalmente los planificadores, diseñadores y las comunidades han dado prioridad a
indicadores de cobertura y cantidad de agua y no a otros como continuidad y calidad. Sin
embargo, esta situación ha empezado a cambiar. En la actualidad los gobiernos y las comunidades muestran una mayor preocupación por la calidad en la prestación de este servicio, lo
mismo que por la conservación y protección de las fuentes de agua, entre otras razones,
porque la reciente epidemia de cólera en la región, evidenció que el abastecimiento de agua,
el saneamiento y un mejor comportamiento en las prácticas de higiene, necesitan combinarse
para alcanzar un impacto sostenible en la salud.
Esta nueva actitud es necesaria por el deterioro significativo de cuencas hidrográficas y
fuentes superficiales, la mayoría de ellas afectadas por contaminación doméstica o industrial. Esto es particularmente relevante para las comunidades de América Latina y el Caribe,
donde se estima que más del 50% de ellas dependen de fuentes superficiales para sus sistemas de abastecimiento y en algunas zonas, como el valle geográfico del río Cauca en los
Andes colombianos, estas fuentes se usan aproximadamente en el 70% de las cabeceras
municipales y en el 60% de los núcleos rurales. La figura 1.1 presenta una fuente superficial
en zona andina colombiana, aún sin el deterioro ambiental a que están expuestas la gran
mayoría de cuencas hidrográficas en el contexto latinoamericano.
Figura 1.1. La protección de las fuentes es siempre la primera manera de contribuir a la
seguridad de un sistema de abastecimiento de agua. Río Mclcndcz, Cali, Colombia,
1997.
El efecto de la erosión de las cuencas hidrográficas en las fuentes superficiales se refleja
en concentraciones fluctuantes, con promedios muchas veces altos, de sólidos suspendidos.
Las descargas sin tratamiento del 98% de las aguas residuales municipales se reflejan en los
niveles de contaminación fisicoquímica y microbiológica de las fuentes receptoras (IRC,
1.995). Esta situación determina los riesgos sanitarios asociados con este tipo de fuentes y el
agua que se suministra a las poblaciones se aleja cada vez más de los estándares de calidad
establecidos por las autoridades sanitarias nacionales o por las guías de la WHO (1996).
Frente a esta realidad, la adecuada selección, el mejoramiento y la protección de las fuentes
de agua se vuelven factores muy importantes, pues de otra manera la complejidad, la vulnerabilidad y los costos de los sistemas de tratamiento de agua serán cada vez más elevados
(Okun, 1991). Sin embargo, aún la mejor fuente de abastecimiento con buena protección en
su microcuenca, puede requerir de algún tipo de tratamiento.
La sostenibilidad de los programas de inversión, particularmente en aquellos países con
limitaciones en su desarrollo económico y en su infraestructura física y sanitaria, debe dar
prioridad a la selección, y desarrollo o transferencia de tecnologías en agua potable y sanea1 8
• •
,
•
'
.
'
|
'
..
••
•'#
Introducción
miento que guarden mejor armonía con sus condiciones a nivel local. Estas tecnologías
deben corresponder con la capacidad de gestión de las comunidades, para que puedan ser
administradas, operadas y mantenidas con un mínimo sostenible de soporte externo a la
localidad y a un costo accesible a los usuarios, según criterios previamente convenidos con
ellos o con delegados de sus organizaciones representativas. Esto contribuye substancialmente
a un mejor funcionamiento y aprovechamiento de las obras incluidas en dichos programas de
inversión.
Adicionalmente, la apropiación del sistema por parte de la comunidad es un factor importante para obtener un uso racional de los recursos necesarios que permitan alcanzar los objetivos últimos de los sistemas como son los de mejorar la calidad de vida de las comunidades.
La figura 1.2 ilustra un taller participativo en una comunidad para la toma de decisiones
respecto a su sistema de abastecimiento de agua y saneamiento básico, utilizando como instrumento de apoyo la pintura dactilar.
Figura 1.2. Taller de diagnóstico participativo. Corregimiento de Ccylan, Municipio de
Bugalagrande, Colombia, 1997.
Existen diferentes tecnologías para el tratamiento de agua. Así por ejemplo, el tratamiento de agua para consumo humano con base en la dosificación de coagulantes químicos, ha
demostrado su gran potencial y su aprovechamiento se ha promovido a nivel mundial. Durante las últimas dos o tres décadas, la ingeniería latinoamericana, por citar nuestro contexto
geográfico, ha hecho importantes aportes a la optimization de los procesos asociados con la
filtración lápida (FiR) de agua químicamente coagulada y a la reducción de requerimientos
en instrumentos y equipo mecanizado (Arboleda, 1993; Di Bernardo, 1993), esto redujo los
costos de la tecnología y acercó el tratamiento de agua a un significativo número de municipalidades; sin embargo, su operación, mantenimiento y administración continúan siendo exigentes para la gran mayoría de cabeceras municipales y núcleos rurales de la región. En
19
efecto, la necesidad de gestionar, comprar, transportar, almacenar y dosificar adecuadamente
coagulantes químicos, ha limitado el aprovechamiento eficaz de la tecnología de FiR.
La tecnología de Filtración en Múltiples Etapas (FiME) que se presenta en este documento, es una respuesta a la necesidad de alternativas de tratamiento de agua de fuentes superficiales, que sean menos complejas de sostener para el nivel local que FiR. FiME es una combinación de dos tipos de pretratamiento con filtración en grava y tratamiento con filtración
lenta en arena (FLA). La integración de estas etapas de filtración permite el tratamiento de
aguas con niveles de contaminación más elevados que aquellos con los que puede operar la
tecnología de FLA independientemente, sin sacrificar las bondades asociadas con sus bajos
requerimientos de infraestructura física y de mano de obra con mínimo nivel de escolaridad.
Uno de los proyectos de demostración construidos a escala real de la tecnología FiME se
muestra en la figura 1.3
La información en este documento está organizada de la siguiente manera: en los capítulos 2 y 3 se presentan experiencias, criterios o conceptos relacionados con el mejoramiento
de la calidad del agua y con la participación comunitaria, como elementos indispensables en
la búsqueda de soluciones sosteniblcs, para los problemas asociados con los niveles de riesgo existentes en los sistemas de abastecimiento. En los capítulos 4 y 5 se discuten los aspectos relacionados con la tecnología FiME y sus eficiencias de remoción para parámetros prioritarios en el mejoramiento de la salud pública y en el sostenimiento del sistema. Kn el capítulo 6 se presenta información sobre costos y en el 7, consideraciones sobre selección de la
tecnología. Los capítulos 8,9 y 10 incluyen información específica sobre las etapas de filtración en grava y FLA. El documento termina con el capítulo 11 presentando tres ejemplos de
sistemas FiME seleccionados para tratar fuentes con diferentes niveles de riesgo sanitario
asociados a su calidad de agua.
Figura 1.3. Planta de tratamiento por Filtración en Múltiples Etapas, FiME, construido
en la Zona Cafetera. Corregimiento de Salónica, Municipio de Riofrio, Colombia. 1997.
20
2. CONCEPTOS EN EL
MEJORAMIENTO DE LA CALIDAD DEL AGUA
2.1
CONSIDERACIONES HISTÓRICAS
El establecimiento de pueblos y ciudades, desde remotas civilizaciones, ha estado acompañado de obras orientadas a superar los problemas de abastecimiento de agua y drenaje.
Evidencia de ello se encuentra, por ejemplo, en las ruinas de Tihuanaco, Macchu Picchu o
Ciudad Perdida en Sur América y Alejandría o Roma en el Mediterráneo.
Si bien, desde las más antiguas referencias presentadas por Baker (1948), los seres humanos muestran preocupación por la calidad del agua que consumen, sólo hasta el año 98 de
nuestra era se refleja por primera ve/ en relación con un sistema público de abastecimiento,
cuando Sextus Julius Frontinus publicó sus "Dos Libros sobre el Abastecimiento de Agua de
Roma", incluyendo aspectos de tratamiento, como embalses de sedimentación. El rápido
crecimiento de pueblos en la Europa del siglo XIX, creó complejos problemas locales y de
salud pública, como las epidemias de cólera que estimularon el interés general sobre la salud
y el ambiente urbano. Los sanitaristas urgían esfuerzos de gran escala para limpiar este
ambiente, creyendo que los problemas de salud pública responderían a las soluciones técnicas requeridas.
Según Coley (1989), Edwin Chadwick en Londres aceptó la teoría predominante del
"miasma", la cual decía que las enfermedades infecciosas eran causadas por los malos olores
de los drenajes o de la materia orgánica en descomposición en las calles. En las décadas
siguientes a su "Report on the Sanitary Conditions of the Labouring Population of Great
Britain" (1842) y con base en sus propuestas, se iniciaron actividades de mejoramiento del
ambiente urbano en muchas de las mayores ciudades Inglesas. Coley (1989) también reporta
que tendencias semejantes se vivían en otros países europeos, como fue el caso del profesor
Max Van Pcttenkofer en Alemania, quien, como Chadwick, promovía sus propuestas con
base en consideraciones económicas. El fundó un Instituto de Higiene en Munich en 1866 y
seis años más tarde presentó dos conferencias populares sobre "The value of health to a city"
las cuales influyeron en la reforma sanitaria de Munich.
En la segunda mitad del siglo XIX, fue generalmente aceptado que la solución a los
problemas de salud pública, dependía de una mejor infraestructura sanitaria que incluyera
grandes proyectos de ingeniería. Hacia finales del siglo, la ciencia y la medicina empezaron
a tener un papel creciente en esta creencia. Con el surgimiento de la bacteriología, después
de los descubrimientos de Pasteur y Koch en los años 1880s, la teoría de los "gérmenes"
(germ theory) cobró importancia en la lucha contra las enfermedades contagiosas (Coley,
1989), enriqueciendo el interés por aspectos que incluían acciones de abastecimiento de agua,
saneamiento básico y educación en higiene, entre ellas, la sedimentación simple y la filtración en medios porosos.
Si bien la sedimentación simple podía clarificar el agua, la filtración podía mejorar aún
más su apariencia. La filtración lenta en arena fue introducida por primera vez para servir
una ciudad y una pequeña industria en Paisley, Escocia, en 1804 y el ingeniero James Simpson,
de la Chelsea Water Company, la introdujo en 1828 en Londres, después de realizar visitas de
observación a sistemas de abastecimiento en diferentes localidades y de estudios a escala
piloto realizados por él mismo. Sólo después de la teoría de los gérmenes de los 1880s, se
encontró, que en el lecho de arena hay una biomasa que incluye bacterias, protozoários, algas
y larvas que oxidan la materia orgánica y que contribuyen a la remoción de los
microorganismos.
El potencial de los filtros lentos fue bien valorado y aprovechado en Europa. Los norteamericanos recuperaron su experiencia a finales del siglo XIX pero la necesidad de procesar
grandes dotaciones y la diversidad de calidades de agua en las fuentes, estimuló el desarrollo
de la filtración rápida en arena, la cual resolvía el problema del volumen creciente pero
requería coagulantes para trabajar adecuadamente y no resultaba tan eficiente como la filtración lenta en la remoción de gérmenes.
Aunque la filtración rápida presentara remociones altas de microorganismos, éstas no
eran completas ni permanentes y sus efluentes aún podían presentar algún riesgo de causar
enfermedades. El cloro fue entonces reconocido por su potencial para desinfectar y reducir
estos riesgos y empezó a ser utilizado desde 1904 en Estados Unidos, en sistemas de abastecimiento de agua, como solución de hipoclorito y desde 1913 como gas cloro, comprimido y
almacenado en cilindros metálicos (Bryant et al, 1992). Otros países, como Francia, han
preferido el ozono para controlar estos riesgos. La expansión continuada en el uso de la
filtración rápida y la desinfección a lo largo del siglo XX, ha contribuido substancialmente a
la reducción de enfermedades asociadas con el agua y a mejorar la productividad y la calidad
de vida en todos aquellos asentamientos humanos que han tenido la posibilidad y la capacidad de adquirir y sostener estas tecnologías.
Si bien son muchas las opciones tecnológicas de tratamiento de agua, la selección de la
mejor, para una comunidad específica aún sigue siendo un desafío, particularmente si ella es
de bajos ingresos económicos y no cuenta con instituciones o formas organizativas
mínimamente consolidadas. La superación de este reto requiere criterio y trabajo metódico,
para decidir por una solución económica y sencilla de operar, mantener y administrar, procesando agua de fuentes que cada vez necesitan más y mejores acciones de conservación.
2.2 RIESGOS PARA LA SALUD PÚBLICA ASOCIADOS CON EL AGUA
PARA CONSUMO HUMANO
Un buen servicio de abastecimiento de agua es esencial para la vida y la productividad en
los asentamientos humanos. La protección de las fuentes es siempre la primera manera de
contribuir a la segundad de este servicio. En efecto, el mayor impacto de las aguas residuales
sobre la salud pública sucede a través de los sistemas de abastecimiento de agua, cuyas
cuencas están siendo degradadas con descargas que incluyen desechos doméstieos, escorrentía
superficial de aguas lluvias, excedentes de sistemas de riego y desechos del procesamiento
de alimentos y en algunas circunstancias, hasta efluentes de procesos industriales.
La contaminación con excretas de humanos y animales contribuye con gran variedad de
virus, bacterias, protozoários y helmintos. Fallas en la protección de las fuentes o en el tratamiento del agua captada, pone a la comunidad en riesgo de sufrir enfermedades transmisibles, particularmente, los niños, ancianos o, en general, la población con deficiencias en su
sistema inmunológico. Para ellos las dosis infectivas son significativamente más bajas que
para el resto de la población (OMS, 1993). Los riesgos asociados a la contaminación
microbiológica, son pues de tal importancia, que su control debe ser siempre considerado
con prioridad.
Hay pocos contaminantes del agua de naturaleza química que puedan dar lugar a riesgos
agudos de salud pública, excepto a través de accidentes significativos y en muchos de estos
casos el agua es rechazada por su apariencia, sabor u olor. Normalmente, los problemas
22
Conceptos en el mejoramiento de la calidad del agua
asociados con productos químicos se deben a su capacidad de afectar la salud pública después de largos períodos de exposición. En consecuencia, su control es importante pero son
segunda prioridad en sistemas de abastecimiento expuestos a contaminación microbiológica
severa (OMS, 1993; Craun et al, 1994).
Saber que el cloro reacciona con materia orgánica presente en el agua, originando
subproductos químicos potencialmente peligrosos para la salud (Rook, 1974), llegó a generar inquietudes sobre la conveniencia de su aplicación para prevenir la transmisión hídrica
del cólera (Sala/.ar et al; 1993). Ahora es claro que los riesgos para la salud pública de estos
subproductos son muy bajos en comparación con los riesgos asociados con una inadecuada
desinfección y que esta etapa de tratamiento no debe comprometerse para controlar dichos
subproductos. Es más, en la búsqueda o promoción de otros desinfectantes, se debe tener en
cuenta también sus posibles subproductos y si son tan económicos y sencillos de dosificar y
controlar como el cloro.
O
(Avanza do)
jetivos de Trat amiento
La selección de buenas fuentes de agua o su adecuado tratamiento, incluida la filtración,
reduce las dosis necesarias de cloro, como también la posible formación de subproductos,
haciendo más eficiente la desinfección. En Estados Unidos la tasa de brotes de enfermedades
de origen hídrico en comunidades que se abastecen de aguas superficiales sin filtración, ha
sido ocho veces mayor que en aquellas con filtración (Craun et al, 1994).
Los usuarios de los sistemas de abastecimiento aceptan el agua y se orientan muchas
veces por sus sentidos. Aspectos como la turbiedad, el color, el sabor o el olor pueden resultar claves para rechazarla y eventualmente, prefieren otra fuente aceptable para sus sentidos
pero de mayor riesgo para su salud. Consecuentemente, estos aspectos deben ser tenidos en
cuenta en la estimación y el manejo de riesgos asociados con el abastecimiento de agua.
Trazas de materia orgánica
Químicos y tóxicos
^
Mr
Jm
'o
09
s*
Mr
^^^
Mf
^
Dureza
Sólidos, sabor y olor
Bacterias, Virus y Protozoos
(Bajo)
(Alto)
Nivel Socio-económico (Capacidad Institucional)
Figura 2.1. Representación conceptual del nivel socioeconómico y los objetivos del
tratamiento (Adaptado de Reid, 1982).
23
A medida que la esperanza de vida a! nacer, la capacidad institucional y los recursos
económicos han aumentado en muchos países, el tratamiento de agua ha empezado a combinar la reducción de riesgos agudos, la gran mayoría de las veces de naturaleza microbiológica,
con la reducción de riesgos crónicos para la salud pública, normalmente de naturaleza
fisicoquímica, junto con la protección de los valiosos sistemas de almacenamiento y distribución de agua. Una ilustración de esta idea es presentada en la figura 2.1.
Finalmente, teniendo en cuenta que la transmisión de enfermedades puede seguir múltiples rutas, es importante armonizar el programa de mejoramiento del servicio de abastecimiento de agua, con acciones de saneamiento básico y de educación en higiene.
2.3
GUÍAS Y NORMAS DE CALIDAD DE AGUA
Los valores en las guías de la OMS (1993) representan concentraciones de parámetros
fisicoquímicos y bacteriológicos, con el propósito de que el agua sea agradable a los sentidos y cuyo consumo a lo largo de la vida no represente riesgo significativo para la salud.
Estas guías pueden orientar la preparación de normas nacionales, cuyo establecimiento debe
tener en cuenta factores locales, geográficos, socioeconómicos y culturales y enmarcarse en
los sistemas legales e institucionales de los respectivos países.
El desarrollo de guías o normas de calidad de agua es relativamente reciente y en las
últimas cinco décadas se pasó de menos de diez parámetros, a más de 40 en 1980 (Wolman,
1981) y a cerca de 150 en las últimas guías de la OMS (1993). La primera normatividad en
aplicarse a nivel federal en los Estados Unidos se basó en la SDWA (Safe Drinking Water
Act) de 1974, cuando el Congreso de este país subestimó el tiempo necesario para que
USHPA (US Environmental Protection Agency) desarrollara una reglamentación confiable
(Pontiuos, 1990). Por ejemplo, la National Interim Primary Drinking Water Quality Regulation,
esperada en 1975 se hizo efectiva en 1977, cubriendo contaminantes orgánicos, inorgánicos
y microbiológicos, junto con turbiedad. La SDWA fue revisada por el Congreso en 1986,
ordenando el establecimiento de nueva reglamentación que se desarrollaría en el período
1986 -1991, incluyendo la exigencia de la desinfección para todos los sistemas públicos de
abastecimiento de agua y los criterios bajo los cuales se requiere la filtración, en aquellos que
utilizan fuentes superficiales.
El establecimiento de normas debe tener en cuenta los riesgos para la salud pública, junto
con otros factores tales como la viabilidad tecnológica y económica. Las normas sin consideraciones prácticas sobre las fuentes de agua, opciones de tratamiento y acciones de vigilan
cia, soporte y control, no conducirán a los resultados deseados (Lloyd and Helmer, 1991).
Cuando los valores establecidos en las normas no se cumplan, se deben investigar las causas
e identificar y ejecutar medidas correctivas. HI establecimiento de "normas interinas" es una
posibilidad, como parte de un proceso, para cumplir con otras metas a mediano plazo y en
este caso, su vigilancia y control serán herramientas para establecer prioridades y orientar
recursos y acciones hacia aquellas comunidades sometidas a mayores riesgos.
j-
2.3.1 Parámetros básicos en Sistemas Comunitarios de Abastecimiento
de Agua
Teniendo en cuenta las limitaciones de infraestructura y gestión en la mayoría de comunidades rurales, cabeceras municipales pequeñas o asentamientos no servidos por los sistemas
centralizados de las grandes ciudades, el potencial para formas organizativas de base comuni-
Conceptos en el mejoramiento de la calidad del agua
taria en este tipo de asentamientos y la naturaleza principalmente microbiológica de los riesgos
sanitarios asociados con sus sistemas de abastecimiento de agua, la OMS (1993), WHO (1996),
recomienda para ellos el uso de unos pocos parámetros básicos para establecer la calidad del
agua que distribuyen y reducir el riesgo de enfermedades de origen hídrico. Estos parámetros
se enuncian a continuación:
•
•
•
•
E. coli, se aceptan como alternativa las bacterias coliformes termotolerantes, usualmente referidas como coliformes fecales.
Cloro residual (sí se aplica)
pH (sí se aplica cloro)
Turbiedad
En la tabla 2.1 se incluyen las guías para E. coli y turbiedad, junto a otros parámetros
relevantes para la aceptación del servicio de agua por parte de los usuarios y para la aplicación de las tecnologías de filtración y desinfección. La existencia de equipo portátil de laboratorio facilita la valoración de estos parámetros y para algunos de ellos (turbiedad, pH,
cloro residual y color) estos equipos poseen opciones simplificadas que pueden aprender a
utilizar operarios o funcionarios del nivel local, aun si poseen niveles bajos de escolaridad.
La figura 2.2 presenta una evidencia de la participación de un operador con bajo nivel de
escolaridad en el seguimiento y control de un sistema de tratamiento FiME.
Tabla 2.1. Guía sobre parámetros básicos de calidad de agua para consumo humano
(con base en Lloyd and Helmcr, 1991; OMS, 1993).
Parámetro
E. Coli, coliformes fecales en 100 mi
Valor Guía
No detectable
Turbiedad (UNT)
<5
Color (UPC)
<15
Sabor y olor
No detectable
Hierro (tng/1)
Manganeso (mg/1)
<0.3
0.1
Observaciones
Si el cloro residual libre en la red está
entre 0.2 y 1.0 mg/1; pH < 8 y turbiedad <5, o mejor <1.0; es poco probable que la muestra contenga coliformes
fecales y el análisis puede ser precautelativo.
Idealmente < 1 UNT para una mejor
desinfección.
Regularmente debido a sustancias
húmicas.
Usualmente son causa de la mayoría
de quejas de los usuarios.
Generan sabor y posibilidades de color o de manchas que causan rechazo.
Generan sabor en bebidas y posibilidad de manchas. Guía provisional basada en salud es 0.5 mg/1.
Si el servicio de agua está sometido a riesgos significativos, de naturaleza tal que no
puedan ser controlados con base en estos parámetros básicos, las autoridades sanitarias deben procurar que el nivel local reciba capacitación o apoyo adicional para hacer el seguimiento correspondiente.
25
Figura 2.2. Operador realizando análisis básicos de calidad de agua, con base en un ^
programa de seguimiento y control de su sistema de tratamiento. La Sirena, Cali, Co- #
lombia, 1997.
J
Los análisis de calidad de agua tienen la limitación de basarse en muestras puntuales, y
aunque sean tomados en períodos secos o lluviosos, pueden no reflejar completamente la
situación real. Por esta razón la WHO (1993) indica que éstos deben ser complementados
con inspecciones sanitarias.
2.4
INSPECCIÓN SANITARIA Y ANÁLISIS DE CALIDAD DE AGUA
La inspección sanitaria consiste en una observación metódica, realizada en lo posible,
por personas con experiencia en el sector de agua, trabajando en equipo con miembros de la
comunidad y de la organización local encargada de la prestación del servicio. La inspección
se orienta a identificar todas las situaciones o factores potenciales de riesgo, tanto en la
cuenca como en el sistema de abastecimiento (bocatoma, conducción, tratamiento, almacenamiento, sí lo hay; distribución y consumo). La inspección debe identificar evidencias o
hechos que puedan comprometer la seguridad del sistema y la salud de los usuarios. La figura
2.3 muestra una inspección sanitaria participativa con autoridades locales y comunidad.
Personas del nivel local con un mínimo de capacitación y con el soporte de miembros de
la comunidad, pueden realizar inspecciones sistemáticas y frecuentes (preferiblemente varias veces al año), sin soporte extemo especializado. Las actividades en la cuenca abastecedora
deben contribuir a identificar posibles factores de contaminación cuyo impacto en la salud
puede ser eliminado o reducido, al brindarse adecuada asistencia a los usuarios del sistema
de abasto dándoles argumentos para concertar acciones con los moradores o colonos que
habitan en la microcuenca.
Esta estrategia también puede involucrar acciones de las autoridades respectivas en el
marco de la legislación vigente.
, |
. '
,
26
Conceptos en el mejoramiento de la calidad del agua
Figura 2.3. Líderes comunitarios y autoridades del sector de agua y saneamiento realizando actividades de inspección sanitaria. Microcuenca río Mondomo, Municipio
Santander de Quilichao, Colombia, 1997.
La inspección sanitaria y los análisis de calidad de agua son actividades complementarias e idealmente deberían realizarse juntas. Mientras que la inspección identifica los riesgos
potenciales, los análisis indican si en el momento y en el punto de muestreo, había contaminación y su nivel o intensidad. La inspección sanitaria es indispensable para la adecuada
interpretación de los resultados de laboratorio y para establecer prioridades en las acciones
de mejoramiento. Sin embargo, ante las limitaciones existentes para realizar análisis de
laboratorio con relativa frecuencia, en muchos de los sistemas comunitarios de abastecimiento de agua, se recomienda realizar inspecciones sanitarias con mayor frecuencia.
En observaciones realizadas en fuentes superficiales de abastecimiento, es importante tener
en cuenta los ciclos hidrológicos, por sus implicaciones en calidad y cantidad del agua. Las
descargas de aguas residuales pueden ser críticas para la fuente en períodos de estiaje. Dependiendo del uso del suelo en la cuenca, las primeras escorrentías superficiales en época de lluvias pueden deteriorar tanto la calidad química y microbiológica de la fuente, como generar
cambios físicos, evidentes por la comunidad. En el caso de microcuencas, estos cambios pueden ser de corta duración y difícilmente détectables con muéstreos puntuales esporádicos. Por
ejemplo, durante una visita a una microcuenca en Bolivia en período de verano, se encontraron
indicios significativos de erosión, además de depósitos de material muy fino en el lecho del río.
A partir de estos dos aspectos y de discusiones con la comunidad asentada a lo largo del río, se
concluyó que pueden esperarse altas turbiedades de naturaleza coloidal.
La incidencia de enfermedades de origen hídrico en una comunidad puede ayudar a confirmar los resultados obtenidos, lo que además puede constituirse en un indicador del riesgo
sanitario de la fuente y/o de hábitos inadecuados de higiene. Sin embargo, las estadísticas de
salud no siempre están disponibles y por lo tanto, un registro de baja incidencia de enfermedades de origen hídrico, no es una garantía de un bajo nivel de riesgo sanitario, pues por
;
•
•
.
'
'
'•
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•
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•
•
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•
•
2
7
ejemplo, muchos casos de diarrea pueden no estar registrados. De otra parte, una alta incidencia de enfermedades de origen hídrico, puede deberse a la contaminación de agua de
buena calidad como resultado de la manipulación por los usuarios dentro de la vivienda,
desde la recolección hasta su consumo.
2.5
IDENTIFICANDO PRIORIDADES EN PROGRAMAS DE
MEJORAMIENTO DE LA CALIDAD DE AGUA
El establecimiento del nivel de riesgo en una inspección sanitaria así como la interpretación de los resultados de los análisis de calidad de agua, requiere perspicacia y experiencia.
En la inspección sanitaria el riesgo se identifica sobre la base de una lista de chequeo que
categoriza los problemas identificados por cada sistema de abastecimiento de agua. Dependiendo de la complejidad de los sistemas, puede implementarse un formato global o formatos
independientes para cada componente del sistema, revisando separadamente el área de la
cuenca, la captación, la conducción, el sistema de tratamiento y la red de distribución. El
establecimiento del nivel de riesgo, a través de la inspección sanitaria, se hace listando los 10
ó 20 posibles riesgos principales, tales como defecación a campo abierto en el área de la
cuenca o infiltración de agua superficial en la conducción o tanque de almacenamiento. Si
tales riesgos son evidenciados, se da un puntaje positivo, los cuales al final deberán sumarse.
Las sumatorias más altas corresponden a localidades donde las situaciones observadas presentan el mayor potencial de riesgo.
Para condiciones similares en términos de geografía, tipo de sistema y de vegetación, la
forma de realizar la inspección puede ser estandarizada, reduciendo los costos de personal
especializado y posibilitando la realización de comparaciones. Lloyd and Helmer (1991) y
la WHO (1996) presentan ejemplos de inspecciones sanitarias y la forma aplicada en cada
caso para valorar los riesgos. Estas formas pueden ser una buena base que necesita ser
ajustada a las condiciones específicas del área en observación.
Los análisis bacteriológicos de calidad de agua también pueden ser clasificados por niveles de riesgo, lo cual es importante para establecer el posible nivel de tratamiento requerido
por una fuente de agua específica. Si un gran número de sistemas necesitan ser comparados,
la clasificación del riesgo puede ser ajustada con base en los resultados obtenidos, de tal
manera que se posibilite el establecimiento de prioridades. La tabla 2.2 muestra dos casos de
clasificación de riesgo en diferentes sitios.
Tabla 2.2. Ejemplos de clasificación de sistemas de abastecimiento de agua con base en
niveles de contaminación con coliformes fecales (Lloyd y Helmer, 1991).
Nivel
A
B
C
D
E
Muestras de una Zona en Indonesia
(UFC/100 mi)
Nivel de Riesgo
0
1 -10
11- 100
101- 1000
>1000
Ninguno
Bajo
Intermedio a alto
A ko
Muy alto
UFC, Unidades formadoras de colonias
28
Muestras de una Zona en Perú
(UFC/100 mi)
Nivel de Riesgo
0
1-10
11-50
>50
Ninguno
Bajo
Intermedio
Alto
Conceptos en el mejoramiento de la calidad del agua
Si después de un tiempo se realizan medidas correctivas en el área en consideración o
existen mejores tecnologías, la clasificación puede ser ajustada, considerando que la intención debe orientarse a intervenir prioritariamente los sistemas clasificados en la categoría de
riesgo más alta.
Los resultados de los análisis de calidad de agua y de las inspecciones sanitarias desarrolladas para diferentes sistemas, pueden ser llevados a un modelo como lo propusieron Lloyd
and Hclmer (1991), el cual puede ser útil para definir necesidades prioritarias a realizar en
sistemas existentes de abastecimiento de agua y orientadas a reducir particularmente el
riesgo asociado con contaminación micriobiológica.
En este modelo (figura 2.4), los sistemas identificados a través de la inspección sanitaria
como de riesgo sanitario alto y que afrontan una alta contaminación microbiológica, necesitan mejoramiento urgente. Para estos sistemas donde coinciden ambos niveles de riesgo, la
decisión es fácil; sin embargo, para aquellos que solamente tienen un alto puntaje en uno de
los dos niveles, los mejoramientos continúan siendo una prioridad. La discrepancia entre los
dos puede ser debida, por ejemplo a fuentes de contaminación no identificadas en la inspección sanitaria, tales como conexiones cruzadas o infiltración de agua contaminada en la red
de distribución, lo que puede causar un alto nivel de coliformes fecales.
Variación del Riesgo por Contaminación Mierobiológica
(Con base en reportes de inspección sanitaria)
1 2
3
4
5
6
7
8
.
Sin
Riesgo
>9
Prioridad Ao, Accióti V
Riesgo Bajo
Kiesgo Intermedio a Alio
Riesgo muy Alto
Figura 2.4, Identificación de acciones prioritarias de mejoramiento con base en la reducción de riesgos o de niveles de contaminación microbiológica (adaptado de Lloyd y
Helmer, 1991).
Ya que los análisis de calidad de agua se basan en muestras puntuales, no siempre reflejan
el nivel verdadero de contaminación. Aun en estos casos los datos deben verificarse cuidadosamente para evitar inversiones indebidas como consecuencia de una interpretación inadecuada de resultados. Por ejemplo, en un área de la microcuenca que esté bien protegida, con
alta cobertura vegetal y muy poca actividad humana, se deberían esperar niveles bajos de
29
\riesgo y por consiguiente, bajo costo de tratamiento. Al detectarse contaminación
microbiológica, es recomendable realizar una doble verificación a fin de precisar si tanto el
muestrco como la inspección fueron realizados correctamente. La discrepancia entre los dos
puede ser debida, por ejemplo, a fuentes de contaminación no identificadas en la inspección
sanitaria, tales como conexiones cruzadas o infiltración de agua contaminada en la red de
distribución, lo que puede causar un alto nivel de coliformes fecales.
En el modelo, es posible relocalizar la posición de un sistema de abastecimiento específico, por ejemplo, cambiando de fuente, modificando prácticas de defecación a campo abierto y de pastoreo, haciendo menos énfasis en los requerimientos de tratamiento de agua y
posibilitando la adopción de métodos de tratamiento menos complicados que pueden ser
fáciles de operar y mantener por la comunidad.
2.6
ESTRATEGIA DE LAS BARRERAS MÚLTIPLES PARA REDUCIR
RIESGOS MICROBIOLÓGICOS
Una estrategia comprobada que contribuye eficazmente a reducir los riesgos de naturaleza microbiológica y contribuir a prevenir la transmisión de enfermedades de origen hídrico,
lo constituye el uso de la mejor fuente de agua disponible, su protección de la contaminación,
el tratamiento del agua captada para remover o inactivar patógenos, su adecuado almacenamiento y distribución y la existencia de prácticas adecuadas de manejo y consumo por parte
de los usuarios del sistema de abastecimiento (Okun, 1991 ; Craun et al, 1994; Geldrcich y
Craun, 1996).
La protección adecuada de las cuencas o microcuencas abastecedoras de agua en Europa
y en Estados Unidos utiliza regulaciones avanzadas que aun siguen teniendo desarrollos,
mientras que en los países de América Latina, Asia y África, está en su etapa inicial, con
legislación insuficiente, falta de herramientas de moni toreo y de. personal entrenado para
supervisar su cumplimiento. Esta situación requiere mayor atención y creatividad, particularmente en las zonas rurales, donde puede existir una estrecha colaboración entre las comunidades, las autoridades sanitarias, las entidades territoriales de soporte para el sector de
agua y el gobierno en general. Esto puede ser necesario, por ejemplo, para regular la tala de
árboles en áreas remotas, lo que solamente puede ser logrado a través de un control "social"
por la comunidad que vive en la zona. Adicionalmente, es posible que sea necesario restringir el uso de pesticidas en algunas cuencas, lo cual genera el problema de compensación a los
granjeros, en regiones donde la economía de sus productos apenas empieza.
Un factor importante para contribuir a la protección de las cuencas es la reducción de
riesgos asociados con las descargas de aguas residuales, en particular cuando ellas incluyen
el aporte potencial de patógenos originados en los desechos de humanos y animales. Para
poblaciones dispersas o de baja densidad, esta reducción se puede conseguir tratando las
aguas residuales en el sitio de producción. Para poblaciones nuclearias y de alta densidad, se
pueden recolectar y tratar en un sitio diferente. Los niveles de tratamiento de las aguas
residuales deben ser tales, que sus efluentes no superen la capacidad de autodepuración de
las fuentes de agua receptoras.
Aún manteniendo las barreras anteriores, las fuentes superficiales de agua requieren regularmente tratamiento para cumplir con los parámetros básicos recomendados por la OMS
(1996). Una tecnología de tratamiento de agua para consumo humano, confiable y eficiente,
se beneficia de cumplir con los conceptos básicos o características principales ilustrados en
la figura 2.5.
30
•
. .
•
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I
'
:
•
' ' #
:
Conceptos en el mejoramiento de la calidad del agua
2.6.1 Conceptos básicos asociados con el tratamiento d« agua
Múltiples etapas de tratamiento
Este concepto tiene una larga historia, ha evolucionado de la práctica en mejoramiento de
la calidad do agua (Craun, 1988) e implica tener más de una etapa de tratamiento. Juntas,
estas etapas remueven progresivamente los contaminantes para producir agua de buena calidad. Idealmente, se debe tener agua de bajo nivel de contaminación fecal antes de la etapa
final de tratamiento, la cual se convierte entonces en una barrera de seguridad (Lloyd et al,
1991).
Etapas de filtración
en grava
Etapa de filtración
lenta en arena
Etapa de
desinfección
Agua cruda
I
N^ ¡Agua
tratada
Separación de
material grueso v
Remoción gradual de materia
fina y microorganismos
Barrera de seguridad
Figura 2.5. Esquema para ilustrar la aplicación de los conceptos de múltiples etapas,
tratamiento integrado y desinfección de seguridad, en el tratamiento de agua.
Tratamiento integrado
Al aplicar el concepto de tratamiento en múltiples etapas, es importante reconocer que
cada una de ellas pueden diferir en los mecanismos y eficiencias de remoción de los diferentes contaminantes. Según el concepto de tratamiento integrado, las fortalezas y debilidades
de cada etapa deben ser reconocidas, estimadas y balanceadas para remover los contaminantes, efectiva y económicamente (Lloyd et al, 1991 ). En general, la experiencia ha establecido
la conveniencia de separar primero el material más pesado o de mayor tamaño y gradualmente ir avanzando en la remoción del más pequeño, que incluye microorganismos, para
finalizar en la desinfección.
La desinfección terminal
La desinfección es normalmente la última etapa o barrera en el tratamiento de agua que
contribuye a eliminar o reducir a límites aceptables, según la reglamentación vigente, los
riesgos de transmisión de enfermedades de origen hídrico. Para que ella sea efectiva, se
requiere que las etapas previas remuevan, tanto a contaminantes que puedan interferir con
los mecanismos de desinfección, como a la gran mayoría de microorganismos patógenos, de
tal manera que no sea superada, en ninguna circunstancia, la capacidad de remoción del
31
desinfectante. Así, se puede esperar que el efluente de las etapas anteriores presente demandas bajas y poco variables de desinfectante, haciendo más económica, confiable y sencilla de
operar esta última etapa de tratamiento.
Lo anterior, junto con estrategias mejoradas de transferencia de tecnologías de desinfección y de soporte al nivel local, debe contribuir a mejorar situaciones como la reportada por
Reiff (1988), según la cual, cerca del 70% de las unidades de desinfección estudiadas en
sistemas comunitarios de abastecimiento de agua en Latinoamérica, no operaban satisfactoriamente.
La tabla 2.3 presenta un ejemplo que ilustra la aplicación de estos conceptos en el tratamiento de una fuente superficial, sin la dosificación de coagulantes. En este ejemplo el objetivo es producir agua que cumpla con los requerimientos básicos de las guías de la OMS.
Tabla 2.3. Ejemplo de combinación de etapas de tratamiento para remover turbiedad e
indicador de contaminación fecal (Lloyd ct al, 1991 ; OMS, 1993).
Turbiedad (UNT)
Coliformes fecales (UFC/100 mi)
Etapa de tratamiento
Remoción Carga
y distribución
Carga Remoción Carga
Carga
(%) * promedio máxima
(%)*
promedio máxima
Cribado
Sedimentación
Filtración en grava
Filtración lenta
Desinfección
Red tie distribución
NA**
50
80
>90
NA
NA
60
30
6
<1
NA
600
300
60
<5
<5
<]
NA**
50
90
95
>99.9
NA
1000
500
50
<3
<1
NA
10000
5ÍXX)
500
<25
<1
* Remociones esperadas en cada etapa para cumplir con los objetivos del tratamiento.
** NA, no aplicable. La etapa de tratamiento o proceso no se específica para remover turbiedad o
bacterias.
En Estados Unidos, la normatividad vigente acepta la desinfección de aguas superficiales como única etapa de tratamiento sólo cuando se cumplen una serie de ocho (8) condiciones (Pontius, 1990), las cuales se presentan de manera resumida a continuación:
•
•
•
•
•
•
•
32
El nivel de contaminación fecal no debe superar 20 UFC/100 mi en el 90% de las
muestras.
La turbiedad no debe ser superior a 5 UNT. Ocasionalmente se aceptan valores superiores pero con frecuencia estadística inferior a dos veces por año.
La desinfección debe operarse para inactivar el 99.9 % y 99.99 % de quistes de Giardia
y virus respectivamente. Esto se controla con base en valores mínimos reglamentados
del producto de C, cloro residual, por T, tiempo de contacto del cloro, con el agua
hasta el primer usuario, medido a la hora pico de consumo.
Establecer y mantener un programa efectivo de control de la cuenca.
Llevar a cabo inspecciones sanitarias anuales con participación de la autoridad sanitaria o su delegado.
Haber eliminado los brotes de enfermedades de origen hídrico.
Cumplir con la reglamentación relacionada con los indicadores de contaminación
fecal.
•
•
.
•
'
'f
•
•
' '
Conceptos en el mejoramiento de la calidad del agua
•
Cumplir con la reglamentación para nivel máximo de contaminación por
trihalometanos.
Esta reglamentación corresponde a estudios epidemiológicos y de administración de riesgo, propios de ese país y establecen, en la medida de sus posibilidades, condiciones exigentes, para evitar la aplicación del concepto de tratamiento en múltiples etapas y consecuentemente, el de tratamiento integrado, dejando la desinfección terminal como la última barrera
de seguridad.
33
3. LA BÚSQUEDA DE SOLUCIONES
SOSTENIBLES
Atendiendo una solicitud de la Asamblea General de las Naciones Unidas, la Comisión
Mundial sobre Medio Ambiente y Desarrollo incluyó el concepto de Sostenibilidad en su
informe de 1987. Desde ese momento, esta idea empezó a influir en la concepción de los
programas de desarrollo, advirtiendo, en general, que las actividades que se realizan en la
presente generación, no deben comprometer los recursos ni las condiciones ambientales de
las futuras generaciones.
En respuesta a esta orientación el DAC, Development Assistance Committee del OECD,
Organization for Economic Cooperation and Development, plantea que un programa de desarrollo es sostenible cuando es capa/ de suministrar un nivel apropiado de beneficios, durante un período extenso de tiempo, después de que la asistencia financiera, administrativa o
técnica de un ente externo haya terminado (OECD/DAC, 1988 citado por MDF, 1992). Esta
definición esta inscrita en la forma de trabajo de las instituciones de los países miembros de
la OECD, la cual se orienta a la ejecución y financiación de proyectos que luego se transfieren a los gobiernos o a las comunidades. Warner (1990) presenta el mismo concepto pero
orientándolo más a la comunidad. Este considera que el éxito o la sostenibilidad de un proyecto se alcanza cuando cumple con sus objetivos y es mantenido por los usuarios durante
un período significativo de tiempo.
Estas aproximaciones al concepto de sostenibilidad no hacen referencia clara a la conservación del ambiente. Ks posible que un proyecto sea mantenido durante años por el nivel
local, beneficiando la presente generación de usuarios, pero los subproductos del mismo
pueden estar comprometiendo el bienestar de las nuevas generaciones. Este proyecto no
sería sostenible en concepto de la Comisión Mundial de Medio Ambiente y Desarrollo, pero
si lo sería, según el criterio de la OECD/DAC. Tampoco es razonable esperar, como parece
sugerirlo Warner, que los usuarios de los servicios, o sus formas organizativas a nivel local,
estén solos después de concluidas las inversiones o intervenciones eventuales de agencias
extemas a la localidad
El sector de agua se mueve ahora en nuevos escenarios y en ellos, el papel del estado y las
instituciones cambia de proveedor a facilitador, brindando apoyo y asesoría sin suplantar las
funciones y responsabilidades de las comunidades u organizaciones locales y por el contrario, mediante trabajo en equipo se debe posibilitar el fortalecimiento de sus capacidades y
potencialidades (Vrom, 1995). Entonces, el nivel local, con espacios abiertos a la participación de mujeres, hombres y niños, debe jugar un papel protagónico en el proceso de su
desarrollo.
Aunque para algunos es todavía bastante novedoso, en el contexto político actual el nivel
local tiene poder en la toma de decisiones, sin perjuicio del derecho, a buscar asistencia de
las instituciones especializadas relacionadas con el sector. A su vez, es conveniente que el
nivel local tenga en cuenta que las instituciones hacen esfuer/.os para adaptarse y ser más
eficientes en roles ajustados a los nuevos escenarios jurídicos y de política sectorial. Reconocer que existen estas limitaciones es importante para empezar a superarlas, asumiendo el
desarrollo como un proceso permanente de aprendizaje.
Junto con las limitaciones institucionales más evidentes para los niveles locales, como
aquellas asociadas a la financiación, capacitación o asistencia técnica, es necesario identificar y promover la superación de otras restricciones para conseguir un sector dinámico y
eficiente. Estas incluyen, por ejemplo, dificultades para realizar programas de investigación
y desarrollo o de vigilancia y control. Normalmente, instituciones con este tipo de misión
trascienden el nivel local y requieren legitimidad social, con base en la cantidad y calidad de
sus productos, lo mismo que economía de escala, mediante el trabajo en equipo con otros
actores del desarrollo, para estar con ellos al servicio de muchos sistemas con gran número
de usuarios.
En este capítulo se revisa el concepto de sostenibilidad en relación con el sector de agua
y saneamiento y se presentan consideraciones que orientan el proceso de búsqueda de las
mejores soluciones para el nivel local. Después se presentan aspectos relacionados con el
concepto y se identifican y proponen indicadores para facilitar su aplicación. Estos incluyen
asuntos relacionados con el funcionamiento y aprovechamiento del sistema y con la administración de la prestación del servicio. Finalmente, se reflexiona sobre varios aspectos relevantes en la realización de proyectos de tratamiento de agua.
3.1
SOLUCIONES SOSTENIBLES
Siguiendo los recientes desarrollos del sector y considerando la experiencia de CinaraIRC la siguiente aproximación a sistemas sostenibles en abastecimiento de agua y saneamiento puede ser considerada. Un sistema de abastecimiento de agua ó saneamiento es
sostenible cuando:
•
•
•
Provee un servicio eficiente y confiable a un nivel deseado.
Puede ser financiado o cofinanciado por los usuarios con limitado pero viable soporte
externo y asistencia técnica.
Es usado de manera eficiente, sin afectar negativamente el ambiente.
La administración del sistema es un aspecto crucial que cada vez más debe quedar en
manos de organizaciones de base comunitaria. Los proyectos que relacionan la capacidad de
gestión y autoestima de las comunidades y aseguran soluciones conjuntas, han incluido dentro de su método de trabajo las condiciones locales, la cultura y particularmente, han identificado y caracterizado los problemas sanitarios que prevalecen, dando así una mejor oportunidad para desarrollar sistemas sostenibles.
La definición de sostenibilidad implica un encuentro entre las estructuras política, socio-económica, legal e institucional en las cuales, los sistemas necesitan operar y para lograrlo, se deben involucrar 3 estrategias que interrelacionan dimensiones como se índica en la
figura 3.1 (Galvis, 1993; Galvis et al, 1994):
•
36
La comunidad y las instituciones de nivel local. Esta dimensión incluye variables
tales como, capacidad y deseos de pagar por el nivel de servicio requerido; posibilidades de financiación o cofinanciación de la inversión inicial por parte de agencias nacionales o internacionales; capacidad de operación y mantenimiento; recursos y programas
para asistencia técnica, vigilancia o control por parte del estado a nivel nacional o
seccional; capacidad del nivel local para gestionar proyectos de desarrollo, manejar
conflictos o trabajar en equipo con otras instituciones; educación ambiental, etc.
La búsqueda de soluciones sostenibles
Cinara - Universidad del Vails
CONTEXTO
Politico, Jurídico c Institucional
Figura 3.1 Marco conceptual para ilustrar la búsqueda de soluciones sostenibles en
programas de desarrollo en agua potable y saneamiento,
•
•
El ambiente o entorno en el cual la comunidad vive, produce, se recrea y gestiona su
desarrollo. En proyectos de abastecimiento de agua, requieren atención especial observaciones tales como: disponibilidad y comportamiento de los recursos hídricos; patrones de comportamiento o prácticas sanitarias de la comunidad en su entorno; valoración
de factores de riesgo o la medición de niveles de contaminación en las formas existentes
de abastecimiento de agua, según se revisó en los apartes 2.4 y 2.5; etc. Es en el intercepto de comunidad y ambiente donde se identifican factores de riesgo y con base en
ellos, se pueden reconocer, tipificar y jerarquizar acciones para superarlos.
La ciencia y la tecnología, representadas o reflejadas en el conocimiento, la cultura y
las obras o herramientas metodológicas, con base en las cuales seleccionan y realizan
acciones los diferentes actores del desarrollo, para eliminar o reducir los factores de
riesgo identificados en el intercepto de comunidad con ambiente, sin descuidar que
estas acciones deben estar, a la vez, en el intercepto de comunidad con ciencia y
tecnología, para facilitar su apropiación.
En el caso del intercepto de la ciencia y la tecnología con el ambiente o entorno, las
acciones pueden estar orientadas a eliminar o reducir los niveles de contaminación de la
fuente de agua, situación en la cual es relevante la estrategia de las barreras múltiples para
reducir riesgos de naturaleza microbiológica, presentada en el aparte 2.6 y con los conceptos
de tratamiento de agua, ilustrados en la figura 2.5 del capítulo 2. En el intercepto del ambiente con la comunidad o nivel local, se pueden identificar y priorizar acciones, tales como:
modificar patrones sanitarios o de comportamiento en las viviendas o en las cuencas; concertar sobre la mejor fuente de agua (lluvia, subterránea o superficial) y sobre las posibilidades
de combinarlas para diferentes usos en la localidad. A partir del intercepto entre tecnología
y comunidad se puede identificar el tipo de solución que la comunidad espera y que es capaz
de administrar y sostener y que además sea coherente con sus capacidades y condiciones
técnicas, socio-económicas y ambientales.
37
El marco conceptual ilustrado en la figura 3.1, es una simplificación del proceso que
requiere la búsqueda de las mejores soluciones en los programas de desarrollo. Sin embargo,
se resalta la diversidad de variables en juego, muchas veces subestimadas por falta de información oportuna y de buena calidad, por restricciones para el trabajo interdisciplinario o por
limitaciones en la capacidad o en las oportunidades para realizar actividades de investigación, con base en inquietudes originadas inclusive en los programas mismos de desarrollo. Si
bien para estas inquietudes la ciencia y la tecnología no siempre tienen respuestas claras,
especialmente en el contexto o entorno específicos en que se requieren, normalmente si tienen los fundamentos o las herramientas metodológicas para enriquecer su búsqueda y la
calidad de los resultados. Los beneficios de la adecuada divulgación y aplicación de estos
resultados, normalmente compensan con creces las inversiones realizadas para hallarlos.
Se subraya la necesidad de que los programas de desarrollo en el sector de agua y saneamiento apoyen o estimulen el fortalecimiento de la capacidad institucional para realizar actividades de investigación y desarrollo de buena calidad, con acceso a redes especializadas de
información y con posibilidad de contacto o de trabajo en equipo con grupos activos, en
tópicos de común interés y relevantes, para contribuir al entendimiento y a la búsqueda más
sistemática de soluciones sostenibles, en los contextos o entornos específicos en que se
requiere actuar en el sector.
Se precisa también que, al menos en parte, las respuestas que puede tener la comunidad o
las instituciones del nivel local son importantes y por lo tanto, es clave establecer con ellas
los mejores canales posibles de comunicación, para recuperar su experiencia y potenciar su
iniciativa y creatividad.
En la zona del programa, en muchas circunstancias se puede obtener gran parte de las
soluciones a los problemas existentes. En consecuencia, se aconseja revisar participativamente
las experiencias locales para enriquecer con ellas los planes de acción correspondientes. De
otra parte, si se considera la opción de introducir nuevas tecnologías, es necesario verificar si
requieren adaptación o validación en las condiciones locales, antes de promover su utilización masiva. Es necesario acompañar y apoyar su puesta en marcha, con el fin de realizar los
ajustes necesarios para las condiciones específicas de operación y mantenimiento. También
se debe analizar la conveniencia de producir o adaptar y promover adecuadamente material
didáctico, en armonía con actividades de capacitación bien organizadas, según la cultura y
los niveles de escolaridad de los diferentes actores del desarrollo.
De acuerdo con las tres dimensiones indicadas y con evidencias como la reportada por
Esrey ( 1990), se reitera que para lograr un mayor impacto en la salud pública de las localidades, las acciones de mejoramiento de calidad del agua, deben acompañarse de otras que
incluyan actividades relacionadas con higiene personal, saneamiento básico y educación
ambiental.
3.2 ASPECTOS E INDICADORES DE SOSTENIBILIDAD DE LAS
SOLUCIONES
La ejecución ajustada de los cronogramas de actividades y de los presupuestos, son metas
importantes a cumplir en la administración de los programas de desarrollo, pero no son en si,
indicadoras del impacto de las inversiones realizadas en las localidades incluidas en el programa. La valoración de este impacto se facilita reconociendo que los servicios de agua
potable y saneamiento son necesarios para posibilitar una mejor salud pública y unas mejores condiciones para la productividad y la calidad de vida (WASH, 1993). En consecuencia,
38
La búsqueda de soluciones sostenibles
para verificar el cumplimiento de estas necesidades para el desarrollo, resulta clave establecer si estos servicios funcionan adecuadamente y son bien aprovechados por los usuarios.
Estos dos aspectos, funcionamiento y aprovechamiento, son la base de los procedimientos
mínimos de evaluación (Mínimum Evaluation Procedures) presentados por WHO ( 1983).
Cuando se discute acerca de sistemas sostenibles, el énfasis debe incluir desde los propósitos de la construcción hasta localizarse en indicadores que muestren de la mejor manera,
los resultados del proyecto tanto a mediano como a largo plazo. Tres grupos principales de
indicadores han sido identificados, los cuales se describen a continuación:
•
•
•
La calidad y el nivel de servicio, claramente relacionados con el funcionamiento del
sistema.
El uso eficiente de agua, relacionado con la forma como la comunidad usa el recurso.
La administración del servicio.
La identificación clara de indicadores facilita la toma de decisiones tanto en la comunidad como con las agencias financieras, en aspectos relativos al nivel de servicio esperado por
los usuarios en un sistema nuevo. Cada tópico necesita de indicadores específicos que cuantifiquen los beneficios requeridos y los que el sistema debe proveer. A través de indicadores
se debe establecer la necesidad de gestión y soporte.
3.2.1 El nivel de servicio
Para establecer el nivel de servicio de sistemas de abastecimiento de agua, se pueden
aprovechar los siguientes criterios o indicadores básicos (adaptados de Lloyd et al., 1987):
Cobertura, referida como el acceso que la comunidad tiene al sistema de abastecimiento. El servicio debe ser equitativo para el mayor número de usuarios posible. Por ejemplo, en
zonas montañosas el diseño hidráulico del sistema de distribución, debe permitir a los residentes de las partes altas recibir cantidades semejantes de agua que los de las partes bajas.
Aunque este puede ser el indicador más importante en comunidades con problemas de cobertura, las experiencias de la Década del Agua indican que no es suficiente enfocarse en este
único aspecto.
La cobertura puede ser expresada como el porcentaje de viviendas ocupadas en la localidad que tienen conexión al sistema o mejor aún, que tienen un servicio equitativo. La cobertura puede ser también un indicador de gestión, pues cambios en el tiempo pueden indicar si
el ente encargado de administrar del servicio, mantiene el número o porcentaje de conexiones existentes o mejor, logra incrementos, sin perjuicio de otros indicadores de la prestación
del servicio.
Continuidad en la prestación del servicio, evita riesgos de recontaminación en la distribución o en almacenamientos inadecuados a nivel de los usuarios. El diseño de las componentes de tratamiento o de distribución, debe permitir, al menos, actividades normales de
operación y mantenimiento, sin suspender la prestación del servicio. Sin embargo, en localidades donde el agua no pueda ser suministrada continuamente, se deben reducir en lo posible los riesgos de recontaminación en la distribución, especificar horarios para el suministro
de agua e informar oportunamente a la comunidad sobre las medidas preventivas correspondientes. Esto debe ser motivo de concertación con las autoridades sanitarias respectivas.
La continuidad se puede evaluar con base en el número de veces que se suspende la
prestación del servicio por más de cierto tiempo por año, o más específicamente, por el
39
número de horas sin suministro por día, en períodos representativos del año. Estos pueden
corresponder, por ejemplo, con las suspensiones del servicio eléctrico o de escasez de combustible en sistemas con bombeo, con la época de sequía en localidades con problemas de
escasez de agua o con períodos de lluvias o de deshielos en localidades con problemas de
erosión en las cuencas. La continuidad se puede reportar también por zonas dentro de una
localidad, donde las diferencias de valores pueden estar asociadas con problemas de diseño,
operación o mantenimiento en la componente de distribución.
Cantidad de agua, factor importante para el mejoramiento de la salud pública y la calidad de vida, al posibilitar una mejor higiene personal, lavado de los alimentos y ahorro de
tiempo de acarreo, especialmente de mujeres y niños. Para ello, el agua suministrada debe
ser suficiente para beber, cocinar y aseo, tanto personal como de la vivienda. Las consecuencias socioeconómicas y ambientales de incluir otros posibles consumos debe revisarse con la
comunidad. Si ella está dispuesta a financiar otros tipos de usos y si la fuente y las condiciones de saneamiento existentes lo permiten, se podrían considerar dotaciones mayores. Sin
embargo, la comunidad debe hacer conciencia de cuando presenta consumos excesivos y
explorar prácticas y procedimientos para superar esta situación limitante para la sostenibilidad
del sistema. Consecuentemente, el uso indiscriminado de normas que asignan cifras globales
y rígidas a la dotación, puede conducir a sistemas inadecuados, con poca aceptación y apropiación local.
Una primera aproximación de la cantidad de agua que se está suministrando en un sistema, puede ser definida a partir de la relación entre el consumo diario, medido en ei tanque de
almacenamiento, y el número de usuarios que se abastecen. Sin embargo, este valor es
mayor que el consumo percápita, pues se incluyen las pérdidas visibles y no visibles que se
presentan dentro del sistema. La cantidad suministrada solo puede ser analizada en detalle si
existen lecturas confiables de medidores domiciliarios, o durante un estudio, si la calidad de
agua lo permite, instalando algunos, con base en una muestra representativa.
Otro punto clave en un servicio sostenible, lo constituye la relación entre el volumen de
agua suministrada para el consumo y la capacidad de la fuente abastecedora. Esta relación
debe ser menor que uno durante el período crítico de verano; entre menor valor tenga, mucho
más ventajoso para la fuente misma, particularmente, si el abastecimiento compite en la
fuente con otros usos relevantes para el desarrollo de la localidad y su entorno.
Calidad, factor clave para la salud pública y para la aceptación, operación y mantenimiento del sistema de abastecimiento de agua. Aspectos de calidad de agua se revisaron en
los apartes 2.2, 2.3 y 2.4. Se recuerda que la combinación de observaciones metódicas de
campo (inspecciones sanitarias), con la medición de niveles o intensidad de la contaminación (análisis de muestras), constituyen la base para la identificación de factores de riesgo y
para la selección de acciones orientadas a superarlos. En el capítulo 2 se citan partes relevantes de las guías de la OMS para los alcances de este documento; sin embargo, se recomienda
al lector revisar adicionalmente las normas nacionales o las guías mismas de la OMS.
Costo, determinado en buena parte por niveles de riesgo en la fuente y por características
geográficas del asentamiento humano a servir. La combinación de fuentes de agua, en algunas circunstancias puede contribuir a la viabilidad económica del sistema de abastecimiento.
En algunas localidades como la vereda de Zaragoza, costa pacífica colombiana, por ejemplo,
para evitar bombeos o conducciones costosas, se están aprovechando fuentes superficiales
cercanas de baja capacidad, con el uso de aguas lluvias. De cualquier manera, la solución
planteada debe, en lo posible, guardar armonía con las condiciones socioeconómicas y sobre
40
La búsqueda de soluciones sostenibles
todo, con la voluntad de pago de los usuarios del sistema. La tarifa debe cubrir como mínimo
aspectos de operación, mantenimiento preventivo, reparaciones menores y en algunas circunstancias costos de administración del sistema. Además, si se requiere, dependiendo de la
reglamentación de los programas nacionales de financiación o cofinanciación, se deben incluir recursos para la recuperación de la inversión, bajo criterios convenidos entre la fuente
financiera y los usuarios.
A nivel internacional se considera que la tarifa mensual no debe ser mayor del 3 al 5% de
ingreso promedio del usuario (UNDP, 1990). Esta consideración puede orientar el establecimiento de criterios a nivel local, dependiendo de los costos que se decidan finalmente recuperar con la tarifa y de la estimación de los ingresos de los usuarios. Además, como un
indicador de la voluntad de pago se puede utilizar la morosidad, expresada como el porcentaje de usuarios que adeudan los últimos dos, tres o cuatro meses.
3.2.2 El uso eficiente del agua
La actitud de la comunidad frente al ambiente en general y al agua en particular, son
aspectos importantes a revisar coordinadamente con ella. La preservación de fuentes y el
aprovechamiento eficaz de su sistema de abastecimiento, son tópicos a precisar. En la región
Andina, por ejemplo, se han identificado consumos en el rango de 20 a 6001/hab/d, en localidades con diferente nivel de servicio y condiciones socio culturales y económicas. Entendiendo la "Cultura del Agua" como la forma en que la comunidad percibe y usa su recurso, es
importante comprender creencias y costumbres que orientan su comportamiento, lo cual en
muchas circunstancias, puede estar relacionado con sus antecedentes históricos o con condiciones en su entorno. Esta comprensión debería proporcionar herramientas para facilitar reflexiones al interior de la comunidad, que conduzcan a nuevas actitudes o prácticas en el uso
del agua en la vivienda o en su entorno, tales como riego de huertas, cuidado de animales,
grifos permanentemente abiertos o la necesidad de realizar mantenimiento a conexiones
intradomiciliarias y a aparatos de fontanería.
En muchas circunstancias los consumos excesivos se originan en redes de distribución
pobremente diseñadas, con demasiada energía disponible al momento de abrir los grifos en
los domicilios, o pobremente construidas o mantenidas con fugas excesivas. También un
diseño o una construcción deficiente en la estructura puede generar pérdidas constantes, bien
sea a través del rebose o por fisuras en el tanque de almacenamiento. En otras circunstancias,
el inadecuado mantenimiento de las unidades de micro y macro medición, puede arrojar
información no coherente con la realidad.
Además de la pobreza en el diseño hidráulico o en los procesos constructivos, se presenta
otro factor importante para el incremento de las fugas en los sistemas de abastecimiento de
agua. Este hace referencia a la ausencia de especificaciones adecuadas tanto para construcción, como para materiales utilizados dentro del sector de agua potable y saneamiento; lo
anterior aunado a la falta de control en la calidad del producto distribuido. Una estrategia
que obvie tales limitantes deber ser concertada entre los entes involucrados, pensando bajo
toda circunstancia, en la sostenibilidad de los sistemas.
Como indicadores que pueden ser usados para evaluar el uso eficiente del agua se sugieren: el consumo promedio por usuario, de manera global, individual o por zonas en la localidad; el porcentaje de usuarios que utilizan agua de otras fuentes con alto riesgo sanitario para
el consumo humano; el porcentaje de viviendas con aparatos de fontanería en mal estado; el
uso no previsto o concertado para riego o aseo de animales; y los usuarios que hierven el
41
agua para niños mayores de 1 a 5 años, aún si el agua suministrada cumple con las normas
nacionales o las guías de OMS.
3.2.3 La administración
Se debe procurar que la capacidad de organización y de gestión del nivel local correspondan con las necesidades de operación, mantenimiento y administración del sistema, con un
mínimo razonable de apoyo gubernamental o institucional externo. El ente administrador de
la prestación del servicio a nivel local, debe estar al tanto de los requerimientos de personal
y de materiales para mantener su sistema en óptimas condiciones. Es evidente que una
buena administración requiere de un control contable adecuado y de claras y frecuentes comunicaciones sobre la situación financiera de la organización y sobre el comportamiento del
sistema. Estas comunicaciones deben establecerse y conservarse con las instituciones que
brindan la asistencia técnica y hacen la vigilancia o el control y con la comunidad misma.
Es importante que la comunidad confíe en el ente administrador y en sus instancias de
soporte o seguimiento, tanto en aspectos técnicos, como administrativos, para consolidar
esta confianza no debería ahorrarse esfuerzo alguno. La administración debe ser muy cuidadosa con los contratos de suministro y construcción, los cuales deben tener especificaciones
claras y completas, exigiendo a los contratistas las garantías del caso. Los gobiernos deberían procurar que las instituciones de soporte no suplanten las funciones de los entes administrativos de nivel local, o de las asociaciones de núcleos rurales, de municipios u otras
opciones legalmente reconocidas para la prestación del servicio. Además puede ser por lo
menos inconveniente concentrar en una misma institución, la asistencia técnica con las funciones de vigilancia y control de los entes administradores de los sistemas.
La administración del sistema puede revisarse aprovechando indicadores indirectos como:
experiencia relevante de los funcionarios y capacitación recibida; participación de hombres
y mujeres y su papel en la toma de decisiones; número de reuniones del grupo directivo;
frecuencia y calidad de las comunicaciones entre el ente administrador con representantes de
la comunidad o comunidades beneficiadas, en el caso de asociaciones o empresas que sirvan
a más de una localidad; frecuencia y calidad de la supervisión del trabajo de fontaneros u
operadores del sistema; calidad de atención a los usuarios expresada como número, tipo y
tiempo requerido para atender quejas, frecuencia y calidad expresada como de las actividades de soporte, vigilancia o control, etc.
La administración puede revisarse también con base en indicadores más directos, como:
el número de inspecciones realizadas al sistema de abastecimiento; cumplimiento de la reglamentación vigente sobre calidad de agua, presentación de estados financieros de la organización, etc.; búsqueda de soluciones a problemas de morosidad de pago, de oportunidades
de capacitación para funcionarios o de educación para las comunidades beneficiadas; gestiones realizadas ante otras instancias en beneficio del mejoramiento del sistema, etc.
3.2.4 Seguimiento y evaluación
Desde el inicio de un programa de mejoramiento de la calidad de agua o de un proyecto,
si es el caso, es importante definir metas, indicadores y los niveles o los rangos con que se
quiere cumplir. Esto debe hacerse en el marco de la legislación o reglamentación vigente,
procurando tener en cuenta también particularidades en la zona de trabajo, difícilmente previsibles a nivel de leyes o decretos de nivel nacional. Los indicadores y sus niveles o rangos
de cumplimiento, deben ser acordados o compartidos por los diferentes actores del desarro42
.
':
La búsqueda de soluciones sostenibles
Ho, de cuyos actos depende la búsqueda de la sostenibilidad del programa o del proyecto de
desarrollo correspondiente.
La formulación de indicadores debe ser clara y creativa. Por ejemplo, un indicador de
cobertura puede ser el número de usuarios conectados al sistema, dividido por el número de
familias en una comunidad. Sin embargo, en una zona dispersa con nacimientos de agua
bien protegidos, el sistema comunitario no tiene que alcanzar una cobertura del 100%. En
este caso el indicador de cobertura podría formularse, por ejemplo, como el número de familias con acceso al sistema, dentro de una distancia de 200 m de su casa, sobre el número de
familias en la comunidad.
En la tabla 3.1 se presentan una serie de indicadores adaptados de una experiencia de
evaluation participativa sobre sostenibilidad en Ecuador, con base en 40 sistemas de abastecimiento de agua y saneamiento básico (Visscher et al., 1996). Los niveles deseables para
los indicadores incluidos en esta tabla, deben entenderse sólo como un ejemplo, ya que fueron formulados teniendo en cuenta la situación en la zona de aplicación y las condiciones en
que debió realizase la evaluación. En consecuencia, el lector es invitado a revisarlos o
reformulados, de acuerdo con las circunstancias en las cuales hace su contribución al desarrollo. Los indicadores pueden formularse por actividades del ente administrador o por componentes del sistema de abastecimiento.
En el anexo 1 se incluye una propuesta de seguimiento para la tecnología de tratamiento de
agua FiME. En ella se presentan valores y rangos aceptables para cada indicador y se recomiendan acciones en caso de que los valores observados estén por fuera de los rangos indicados.
3.3
PARTICIPACIÓN DE LA COMUNIDAD
En la búsqueda de soluciones sostenibles, la participación de la comunidad juega papel
protagónico y es esencial que ella, directamente o a través de verdaderos representantes,
pueda establecer formas de expresión, tenga la oportunidad de manifestar sus necesidades y
puntos de vista en las diferentes etapas del proyecto, desde su gestación hasta su ejecución y
funcionamiento (White, 1982; Wijk Sijbesma, 1986). En la conferencia de Ministros de
Noordwijk en 1995, se recuperaron muchas de las lecciones aprendidas en la Década del
agua de los 80s y se reconoció la necesidad de manejar la dimensión humana del problema
como el mayor reto a cumplir (Vrom, 1995). Los gobiernos deben promover y facilitar la solución de los problemas del desarrollo asumidos por las comunidades y sus formas organizativas.
Esto implica un desafió importante para movilizar personas y comunidades hacia la búsqueda
de un nuevo futuro, en el que ellas sean el motor de su propio desarrollo.
Lo anterior requiere de una población consciente de la importancia ambiental, económica, etc., de los recursos hídricos y de las crisis y conflictos crecientes que hay alrededor de
ellos y que esté en capacidad de participar en los análisis y en la toma de decisiones alrededor
de problemas específicos. En el caso de proyectos de abastecimiento de agua, se subraya la
necesidad que los habitantes de la localidad, o en últimas, los representantes de todos los
sectores de la población (hombres y mujeres con diferentes niveles de ingresos y formas de
producción, etnias, grupos religiosos, etc.), sean informados, consultados y se hagan partícipes de la toma de decisiones, desde el inicio del proyecto, como requerimientos para posibilitar su apropiación a nivel local. La figura 3.2 ilustra un representante comunitario exponiendo los resultados de su grupo de trabajo, con base en la aplicación de la técnica con
pintura dactilar, después de realizar talleres participativos con la comunidad sobre identificación de riesgos y acciones a implementar en su sistema de abastecimiento de agua.
43
Tabla 3.1. Ejemplo de indicadores de sostenibilidad en sistemas de abastecimiento de
agua * (Adaptado de Visscher et al., 1996).
Indicador
Tema
1.
Cobertura
2.
Cantidad disponible
2.1 Producción
2.2 Cantidad de uso
3. Continuidad
3.1 Continuidad en la fuente
4. Calidad
5.
Uso de otras fuentes
5.1 Uso eficiente de agua
6.
Capacidad de gestión
6.1 Capacidad de O&M
6.2 Representación de la
mujer, dentro del ente
administrador
7. Costos
7.1 Tarifas
Nível deseable
No. de viviendas conectadas
No. total de viviendas
Demanda máxima del sistema
Caudal mínimo de la fuente
Demanda actual del sistema
Caudal de diseño
Consumo real por usuario
Consumo de diseño por usuario
Número de horas de suministro por día
Reducción en el tiempo
Turbiedad en el efluente tratado
Cloro residual en la red de distribución
No. de personas que se abastecen de otras
fuentes
No. de personas entrevistadas
No. de viviendas con desperdicio
No. de viviendas visitadas
No. de suscriptores morosos
No. total de suscriptores
Supervisión del operador
Operador capacitado con herramientas de
trabajo
No. de mujeres capacitadas
No. de miembros capacitados
100%
Menor a 50%
Menor a 100%
Menor a 100%
24 horas
Sin reducción
Menor a 5 UNT
0.3 - 0.6 mg/1
0%
0%
Menor a 5%
Sí
SISÍ
50 %
Superior a 1
Ingresos totales por mes
Gastos totales por mes
Tarifa actual por mes
Ingresos por familia por mes
Menor a 3%
* Estos indicadores deben ser formulados y concertados entre los diferentes actores del desarrollo según su contexto específico. I-as actividades que se promueven con la comunidad deben incluir acciones de información, educación, consulta, fortalecimiento de la iniciativa, gestión, fiscalización, concertación y toma de decisiones.
Algunos aspectos relevantes en los cuales la comunidad puede participar, se reiteran a
continuación:
•
La conservación y la protección de los recursos naturales, en particular de las fuentes
de agua. En efecto, estos aspectos son los primeros en deteriorarse por la pobre protección, originada en muchas circunstancias, por quienes viven más cerca de tales
lugares, pero los que a la vez, podrían ser los mejores vigilantes de los recursos hídricos.
• Los beneficios de un buen servicio de abastecimiento de agua y de su uso eficiente.
• Los derechos y responsabilidades adquiridos a través de la formulación, ejecución y
operación de los proyectos realizados por los diferentes actores del desarrollo
involucrados en su realización: comunidad, gobierno, organismos financieros o de
asistencia técnica, instituciones u organismos de vigilancia y control, etc.
44
•
•
•
•
.
•
;
. • .
W
La búsqueda de soluciones sostenibles
• Las implicaciones técnicas (v.g. operación y mantenimiento) y financieras (v.g. tarifa) de la selección de fuentes, niveles de servicio u opciones de localización o construcción para los diferentes componentes del sistema de abastecimiento.
• Los papeles de planificadores, diseñadores, constructores, interventores, comités de
veeduría ciudadana, etc. durante la concepción y construcción de las obras.
En la práctica no siempre es fácil comunicarse con todos los sectores de la comunidad y
en algunas culturas en particular, con las mujeres. Sin embargo, son ellas quienes normalmente están relacionadas más directamente con el agua y el saneamiento por ser usuarias,
amas de casa, educadoras de los niños y protectoras de la salud de la familia. En consecuencia, es necesario concertar procedimientos para vincularlas a las diferentes etapas del proyecto. Para ello, pueden contactarse programas afines presentes en la zona, consultarlas
informalmente en sus lugares de trabajo o enriquecer las reuniones comunitarias tradicionales con técnicas participativas que estimulen y faciliten su participación efectiva
(Wijk Sijbesma, 1985; García, 1996).
Figura 3.2. Exposición de resultados por un líder comunitario dentro de un taller
participativo sobre el sistema de abastecimiento de agua. La Sirena, Cali, Colombia,
1996.
3.4 CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE PROYECTOS DE
TRATAMIENTO DE AGUA
3.4.1 L a l o c a l i z a c i ó n
La localización de la planta de tratamiento tiene implicaciones en los costos de inversión
y sostenimiento de las obras. Debe estar preferiblemente cerca de la población, para facilitar
labores de supervisión del trabajo del operador. Además, el sitio de planta debe estar a una
elevación tal que evite en lo posible el bombeo, bien sea de la captación a la planta o de ella
a la distribución, por sus implicaciones en operación y mantenimiento y en los costos de
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y
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sostenimiento del sistema. También debe tenerse en cuenta, que la ubicación no limite el
funcionamiento hidráulico de las conducciones entre captación y planta o entre la planta y la
distribución, cuando se trata de la optimización de sistemas existentes. Deben evitarse suelos
de mala calidad o sitios escarpados, con pendientes altas, para disminuir en lo posible cimentaciones complejas, grandes excavaciones o muros de contención costosos. La atención
simultánea de estas consideraciones puede llevar a situaciones de compromiso que el diseñador
debe resolver, en coordinación con otros actores del desarrollo, incluida la comunidad, pensando siempre en el sostenimiento a largo plazo, del proyecto.
3.4.2 Criterios de diseño
El período de diseño y la dotación por habitante, son criterios con implicaciones en el
tamaño de las obras y consecuentemente, en los costos de inversión y sostenimiento. El
período de diseño debe guardar armonía con la dinámica de crecimiento de la población y
con el costo de oportunidad de acceso a la financiación o cofinanciación de los proyectos. En
general, deben evitarse períodos largos, que superen los 10 o 15 años, por sus implicaciones
innecesarias en costos. Especial atención se recomienda durante el diseño, para prever y
especificar las obras de tal manera que se facilite, en todo lo posible, el trabajo de hombres o
mujeres cuando realizan las actividades rutinarias o esporádicas, de operación y mantenimiento que requerirá la planta.
Las decisiones sobre la dotación deben incluir la revisión de patrones de consumo en el
tiempo, procurando estimar un valor representativo para el consumo máximo diario (CMD)
con base en el cual se recomienda el diseño de la planta. Sin embargo, para valores muy altos
de CMD con respecto al promedio, puede ser más económico prever más almacenamiento
que aumentar por esta razón el tamaño de la planta. Es importante involucrar a la comunidad
en la discusión, sobre todo cuando hay un sistema existente con dotación muy alta o cuando
las expectativas de la gente rebasan la capacidad de la fuente de abastecimiento o los recursos disponibles para inversión o sostenimiento de las obras.
La planta de tratamiento debe proyectarse con consideraciones estéticas, ya que puede
convertirse en un sitio lúdico para la comunidad o en herramienta de capacitación para las
escuelas o colegios de la localidad, particularmente con la tecnología de FiME, por la naturale/a de sus procesos o etapas de tratamiento. Consideraciones adicionales sobre los criterios
de diseño de esta tecnología se presentarán en los siguientes capítulos.
3.4.3 Consideraciones en la construcción
Un buen diseño no garantiza la calidad de las obras. Para esto se requiere también un
buen proceso constructivo. Este proceso se beneficia de previsiones realizadas durante las
etapas de planeación y diseño sobre aspectos tales como: disponibilidad y calidad de materiales; accesibilidad al sitio; características geotécnicas y topográficas del lugar y calidad de
la mano de obra disponible. Cuando se trate de construir tecnologías relativamente novedosas
para la región donde se realiza el proyecto, es importante requerir y brindar condiciones para
que los diferentes actores en el proceso se capaciten y tengan criterio para tomar decisiones
frente a situaciones imprevistas. Aún las tecnologías que parecen más sencillas, tienen elementos claves que suelen ser subestimados por constructores con experiencia en tecnologías
complejas y que luego afectan negativamente la operación o el mantenimiento de las obras.
Con una adecuada capacitación, la comunidad puede ejercer las funciones de veeduría
social, cívica o ciudadana, según la reglamentación de cada país. Esta veeduría debe contri-
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La búsqueda de soluciones sostenibles
buir a una mejor ejecución de las obras, si se entiende y realiza apropiadamente. El interventor "clásico" debe comprenderla y estimularla, pues no solo contribuirá a la solución de
conflictos, sino a agilizar la solución de inquietudes y a aprovechar mejor los recursos de la
zona, con lo cual todos pueden salir ganando, incluido, por supuesto, el constructor. Esto
puede contribuir también a un manejo más transparente del proceso y a enriquecer la apropiación del proyecto por parte del nivel local.
3.4.4 Operación y mantenimiento
De nuevo, buenos diseños y procesos constructivos contribuirán muy poco a la
sostenibilidad de las obras, si éstas no se operan y mantienen adecuadamente. Aquí el trabajo
de los operadores u operadoras es clave, para lo cual requieren capacitación adecuada y un
ambiente de trabajo respetuoso y estimulante. Un operador motivado y capacitado es esencial para contribuir a la salud de la comunidad. La figura 3.3 presenta un operador ejerciendo
actividades de mantenimiento en una unidad de filtración gruesa dinámica.
Figura 3.3. La salud de una comunidad depende del grado de entrenamiento y motivación del operador; también del seguimiento y apoyo blindado por la comunidad y las
instituciones de soporte. Planta FiME, Filtro Grueso Dinámico, Colegio Colombo Británico, Cali, Colombia, 1997.
Durante las etapas de planeación, diseño y ejecución de las obras se deben tener siempre
en cuenta las comodidades y los recursos necesarios para su operación y mantenimiento.
Para que el operador u operadora pueda desarrollar sus labores de manera adecuada, debe
47
tener un esquema o plan básico de trabajo claro y contar con el apoyo del ente administrador
del sistema y de la comunidad y recibir también acompañamiento de las instituciones del
sector, fil ente administrador o su delegado formal, coordina el trabajo de operación y debe
procurar mantener una buena comunicación, de tal manera que todos los niveles de la comunidad cono/can sobre el desempeño del sistema y puedan enterarse oportunamente sobre
interrupciones en el suministro, generadas por reparaciones o ejecución de labores imprevistas de mantenimiento. Se subraya la conveniencia de que el operador conozca con quien
coordinarse y que esto sea, en lo posible, respetado por los demás actores que contribuyen en
la localidad al sostenimiento del sistema.
El plan básico de operación debe incluir las tareas más importantes y su frecuencia de
aplicación. Estas pueden incluir también actividades en otros componentes del sistema de
abastecimiento: por ejemplo, la captación, la conducción o la red de distribución y también
apoyo al ente administrador, en la distribución de los recibos de pago. Esta combinación de
tareas no impide que se obtengan buenos resultados en las labores de operación y mantenimiento de los sistemas, si la tecnología de tratamiento no requiere de la presencia continua de
personal.
En el anexo 2 se ilustra un esquema de operación y mantenimiento de una planta de
tratamiento basada en la tecnología FiME y se incluyen posibles soluciones a problemas
previsibles. Además, Cinara e IRC, con el apoyo de los gobiernos de Colombia y los Países
Bajos, han producido un manual, afiches y videos de utilidad, para la capacitación de operadores y demás actores del desarrollo que decidan utilizar esta alternativa de tratamiento de
agua.
48
4. FILTRACIÓN EN MÚLTIPLES ETAPAS
Si bien en las últimas décadas se han hecho avances significativos en el desarrollo de la
tecnología de filtración rápida de agua químicamente coagulada, FiR, y en su adaptación a
condiciones propias de la América Latina (AWWA, 1990; ASCE - AWWA, 1990; Arboleda,
1993; Di Bernardo, 1993), aún dista mucho de ser una solución sostenible, en la mayoría de
localidades o asentamientos humanos nueleados en la región andina, por sus limitaciones de
infraestructura y de capacidad institucional para utilizar eficaz y continuamente alguna de
sus aplicaciones al tratamiento de agua. En efecto, la búsqueda de soluciones a las necesidades de mejoramiento de la calidad de agua en asentamientos humanos que utilizan fuentes
superficiales en esta región, originó el desarrollo de la tecnología de filtración en múltiples
etapas, FiME, según se la presenta en esta publicación.
Esta búsqueda ha sido catalizada por los procesos de descentralización administrativa y
las posibilidades de participación de formas organizativas del nivel local, en la selección de
opciones tecnológicas para la prestación de los servicios de agua potable y saneamiento
básico, lo mismo que en su administración y sostenimiento. En estas circunstancias, las
dificultades para aprovechar adecuadamente alguna de las variantes de la tecnología FiR en
el tratamiento de agua, originadas en la necesidad de adquirir, transportar, almacenar o dosificar coagulantes químicos, generalmente limitan su aplicación a ciudades grandes o intermedias. Estas dificultades se agudizan en los casos frecuentes de localidades pequeñas,
abastecidas con fuentes superficiales que presentan cambios bruscos de calidad de agua, por
la complejidad de cuantificar, ajustar y controlar oportunamente la dosificación de productos
químicos.
La superación de estas dificultades se esta haciendo por dos vías principales. La una,
cuando existe la disponibilidad de coagulantes y es necesaria su dosificación, por ejemplo,
ante altos contenidos de color o de sólidos de naturaleza coloidal, consiste en aplicar FiR con
el desarrollo de nuevas modalidades de clarificación y acondicionamiento de agua, con base
en la utilización de filtración en gravas o filtración gruesa, en combinación con técnicas
simplificadas de dosificación de coagulantes (Alisan, 1995; Cinara e IRC, 1996; Cruz, 1997).
Esta combinación parece tener buenas posibilidades de reducir las cantidades necesarias de
coagulantes químicos y de simplificar los procedimientos para estimarlas y controlarlas durante la operación. Si las actividades de investigación y desarrollo tecnológico, actualmente
en ejecución, confirman y precisan estas posibilidades, se ampliaría el potencial técnico,
económico y ambiental de la tecnología de FiR, hacia localidades que hoy no la pueden
utilizar adecuadamente.
La otra vía consiste en la búsqueda de opciones de acondicionamiento de la calidad del
agua cruda, orientadas a superar las limitaciones de la tecnología de filtración lenta en arena,
FLA, para operar adecuadamente como única etapa de tratamiento, antes de la desinfección
terminal (Galvis y Visscher, 1987; Galvis et al, 1989; Lloyd et al, 1991). Para conservar el
potencial de la tecnología de FLA, originado en sus requerimientos relativamente bajos de
operación y mantenimiento, estas opciones de acondicionamiento o pretratamicnto no deben
requerir la dosificación de coagulantes químicos, ni ser más complejos de operar y mantener
que la tecnología FLA, manteniéndose así su capacidad para contribuir a la búsqueda de la
sostenibilidad de los proyectos de mejoramiento de calidad de agua, en un mayor número de
localidades. Con base en este tipo de razones, las opciones incluyen diferentes etapas de
pretratamiento mediante la filtración en gravas, operando en serie con la tecnología FLA. La
combinación de estas diferentes modalidades de filtración en una planta de tratamiento, es lo
que ahora se denomina tecnología de filtración en múltiples etapas, FiME. Dependiendo de
la calidad del agua en la fuente y de las normas vigentes para el agua de bebida, la tecnología
de FiME puede ir precedida de otros procesos de tratamiento, como sedimentación simple en
embalses o desarenadores, cribas, etc. y siempre que sea posible, se debe incluir la desinfección terminal, como barrera de seguridad, según se consideró en el aparte 2.6 de esta publicación.
Teniendo en cuenta las experiencias de la última década en proyectos a escala piloto y
real con esta tecnología y su gran potencial para contribuir al mejoramiento de la calidad de
agua, junto a limitaciones existentes de información sobre su aplicación, los siguientes capítulos se centran en presentar una visión de sus antecedentes y evolución, junto a su desarrollo
y aplicación en el valle geográfico del río Cauca en Colombia, con consideraciones sobre
cantidades de obra y costos, guías para selección de la tecnología y características y especificaciones de los componentes o etapas de tratamiento. Esto se hace recuperando experiencias de un conjunto de proyectos de investigación aplicada y de transferencia de tecnología,
realizados por Cinara, trabajando en equipo con el IRC y con organizaciones de base comunitaria, instituciones nacionales del sector y agencias de cooperación bilateral y multilateral,
4.1
LA TECNOLOGÍA DE FILTRACIÓN LENTA EN ARENA (FLA)
La utilización de la filtración en lenta arena, FLA, para suministro de agua a una comunidad, empieza a documentarse desde 1804, cuando John Gibb vendió agua filtrada de una
fuente superficial, a los habitantes de Paisley, en Escocia. Un filtro, desarrollado por James
Simpson, fue puesto en operación en Londres en 1829 (Baker, 1948), después de tres años de
experimentación y de viajes de observación.
En 1852, en Londres, la filtración se convirtió en un requisito legal para toda agua captada de fuentes superficiales. FLA se empezó a utilizar en Berlín en 1856, en Aliona en 1860
y en Zurich en 1871. En 1892 se presentó en Alemania un hecho que resaltó la importancia
de la filtración: en Hamburgo se presentaron cerca de 7500 muertes en una epidemia de
cólera, mientras que en la ciudad vecina de Aliona solo se presentaron unas pocas defunciones (Huisman et al, 1974). Ambas ciudades captaban agua del río Elba, pero solo en Altona
se filtraba antes de distribuirla. La planta de filtración de Hamburgo fue construida luego a
marchas forzadas y puesta en operación en 1893 (Hazen, 1913; citado por Bellamy et al,
1985). En Europa, al finalizar el siglo XIX, ya se trataban con FLA, cerca de 55 m3/s, antes
de su distribución (Hazen, 1913).
FLA continua hoy siendo utilizada en Europa pero con una renovada perspectiva, motivada por el nivel de industrialización, la naturaleza y los niveles de contaminación o por las
exigencias de la reglamentación vigente. En general, ahora es una de las etapas finales de las
plantas de tratamiento, antes que la unidad convencional, de cuya eficiencia dependía esencialmente la calidad del agua producida. Por esta razón, al revisar literatura europea reciente
sobre la tecnología de FLA, el lector debe ser cuidadoso sobre las condiciones en que se
proyectan u operan las unidades con base en las cuales se escribe, antes de aplicarlas a su
propio contexto.
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En EE VU, la primera aplicación reportada de FLA fue en Poughkeepsie, New York, en
1872. Las carreras cortas de filtración en las unidades de FLA, asociadas con las aguas
turbias en algunas regiones del país, estimularon el desarrollo de la tecnología de FiR (Bellamy
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Filtración en múltiples etapas
et al, 1985). Para 1940, había 2275 plantas utilizando FiR y cerca de 100 utilizando FLA
(Fox et al, 1994). Encuestas realizadas a 47 plantas con unidades convencionales de FLA (
Slezak et al, 1984; Sims et al, 1991) permitieron una visión sobre su aprovechamiento. El
76% de la población servida por estas plantas corresponde a comunidades menores de 10000
habitantes, el 21 % entre 10000 y 100000 y el 3% a mayores de 100000. La mayoría, el 54%,
utilizan ríos pequeños, el 41% lagos o embalses y el 5% agua subterránea. Estas fuentes
tenían turbiedades promedio de 2 UNT, con valores pico de 15 UNT. El 88% de las plantas
producían efluentes con turbiedades inferiores a 1 UNT, el 80% de las fuentes de agua tenían
menos de 100 coliformes por 100 ml y mas del 70% de las plantas producían efluentes con
niveles inferiores o iguales a 1 coliforme por 100 mi. En los 90s se esperaba que un buen
número de comunidades construyeran plantas de tratamiento para cumplir con la reglamentación vigente sobre calidad de agua. La agencia de protección ambiental, USEPA, estimaba
en el orden de 1000 las poblaciones que utilizarían FLA, para cumplir con los requerimientos
de filtración para fuentes superficiales de agua (Fox et al, 1994).
En América Latina y el Caribe, FLA fue usada en el tratamiento de agua de ciudades
como Buenos Aires y Kingston. Sin embargo, la mayoría de las que utilizaron tecnología
para el tratamiento de agua en la primera mitad del siglo XX, lo hicieron aprovechando
variantes de la tecnología FiR. La introducción de FLA en la región fue realizada, en la
mayoría de las veces, sin un procedimiento adecuado de adaptación y transferencia y su
aprovechamiento ha sido muy limitado. El mayor número de plantas se construyeron en
países como Brasil (Hespanhol, 1969) y Perú (Canepa, 1982; Lloyd y Helmer, 1991) y los
resultados fueron muy deficientes.
Situaciones parecidas se han encontrada en Africa, en países como Camerún, Kenia y
Zambia y en Asia, en países como India, Pakistán y Tailandia. Por ejemplo, en el Estado de
Andhra Pradesh, en India, existen unas 1100 plantas de FLA, la mayoría de ellas con deficiencias en su concepción o funcionamiento (Visscher, 1993).
A pesar de las dificultades antes enunciadas, desde comienzos de la década de los 90s hay
un renovado interés en la tecnología FLA. Para explicar este hecho podrían citarse factores
como las actividades realizadas por organismos de la ONU, en el marco del Decenio del
Agua; el "Development and Demostration Programme on Slow Sand Filtration" apoyado por
el gobierno de los Países Bajos y realizado por el IRC, en colaboración con instituciones de
diferentes países, incluido Colombia (Galvis et al, 1989); el trabajo en red de universidades,
centros e instituciones del sector, lo cual ha estimulado la innovación y la transferencia de
conocimiento, incluido el campo del tratamiento de agua; el reconocimiento de FLA en EE
UU como una buena alternativa de tratamiento de agua; y la decisión política de mejorar la
cobertura y la calidad de la prestación de los servicios de agua potable y saneamiento básico,
catalizada por la epidemia de cólera que afectó las Americas desde comienzos de 1991.
4.1.1 Las unidades de filtración lenta en arena
Las unidades de FLA deben operar con velocidades bajas de filtración, usualmente en el
rango de 0.1 a 0.3 m/h. La velocidad no debe variar significativamente y para ello, el caudal
a filtrar puede ser controlado a la salida o a la entrada. La estructura de una unidad de FLA
consiste básicamente en un tanque con un lecho de arena fina, de diámetro efectivo entre
0.15 y 0.30 mm y profundidad de 0.5 a 1 m, colocada sobre una camada de grava, que
constituye el medio de soporte y de transición. En el fondo del filtro se encuentra un sistema
de drenaje que puede estar constituido por ladrillos, bloques de concreto poroso o, después
51
de la experiencia de Cinara en Colombia, por tubería corrugada perforada, como la utilizada
en el drenaje de suelos. En la figura 4.1 se muestra una foto de una planta de tratamiento con
unidades de FLA y en la figura 4.2 se ilustran, de manera esquemática, dos unidades de FLA.
En el capítulo 10 se incluye información específica sobre FLA, como una de las etapas de
tratamiento de FiME.
Figura 4.1. Planta de Filtración lenta en arena, comunidad la Sirena, Cali Colombia.
Figura 4.2 Esquema de un filtro lento en arena.
52
Filtración en múltiples etapas
Después de que el filtro ha estado produciendo agua de buena calidad durante varias
semanas o meses, los primeros centímetros del lecho se colmatan debido a la acumulación
de material inorgánico y orgánico, incluyendo biomasa, lo cual da origen a una especie de
biomembrana, conocida también como "schmutzdecke", "dirt blanket" o "capa sucia". En
ella sucede la gran mayoría del incremento de pérdida de energía hidráulica del lecho de
arena durante una carrera de filtración, de tal manera que su raspado permite recuperar la
conductividad hidráulica que tenía el lecho al inicio de la carrera Esto se hace retirando 1 o
2 cm de la parte superior del medio filtrante. Después de diferentes raspados, cuando se
llegue a 50 cm, altura mínima recomendable del lecho de arena, se requiere el rearenamiento,
actividad mediante la cual, se repone la arena retirada previamente del filtro, una vez lavada,
colocándola debajo de la arena que no se había removido durante los raspados. Esta actividad se realiza con muy baja frecuencia, una ve/ cada tres o mas años.
4.1.2 Mecanismos de remoción en las unidades de filtración lenta
El tratamiento del agua en una unidad de FLA es el producto de un conjunto de mecanismos de naturaleza biológica y física, los cuales interactúan de manera compleja. Si bien es
difícil establecer el papel de cada mecanismo específico en la reducción de los niveles de
contaminación en FLA, Haarhoff y Cleasby (1991) identifican los siguientes, con base en
evidencia reportada en la literatura: predación de algas por invertebrados bénticos y de bacterias por protozoários; consumo de detrito o materia muerta por saprofitos; muerte o
inactivación de microorganismos en el ambiente relativamente hostil del filtro y actividad
metabólica asociada con la reducción parcial de carbono orgánico.
Aunque no se reporta investigación experimental sobre mecanismos físicos asociados
con la captura de partículas en FLA, en la literatura se extrapolan frecuentemente los conceptos desarrollados en FiR, para explicar el comportamiento de FLA, a pesar de algunas
dificultades para hacerlo, pues en aquel por una parte, se remueven partículas previamente
desestabilizadas con coagulantes químicos y por otra, no es relevante la actividad biológica,
debido a las altas velocidades de filtración y a lo corto de las carreras de operación, del orden
de horas o días, en comparación con semanas o meses en las unidades de FLA. Aún así,
Haarhoff y Cleasby (1991), con base en su revisión de literatura, identifican los principales
mecanismos físicos asociados con la remoción de partículas en las unidades de FLA. El
cribado superficial es eficaz removiendo partículas grandes, de cerca de 30 mm, mucho
mayores que las bacterias (0.1 a 10 mm), los virus (0.01 a O.lmm) y el material coloidal
(0.001 a 1 mm). En la medida en que partículas grandes son cribadas en la superficie del
filtro, aumenta la probabilidad de que otras partículas, mas pequeñas, sean removidas también mediante este mecanismo. La remoción de las partículas pequeñas que entran a los
poros del filtro, requieren mecanismos de transporte para ir a la superficie de la arena, donde
deben actuar fuerzas de adherencia para que permanezcan allí.
Para el estudio de las eficiencias de remoción se han seguido varios modelos: uno de
ellos es conocido como el "análisis de trayectorias", en el cual, el lecho filtrante se aproxima
a un conjunto de colectores y se estima la eficiencia de remoción como la fracción de partículas que llega a un colector y hace contacto con él. Para que el contacto suceda debe actuar
al menos un mecanismo específico. Estos mecanismos incluyen intercepción, sedimentación, difusión, inercia e hidrodinámica. Los primeros tres predominan en FiR y aún de
mayor, también en FLA, como lo muestran Haarhoff y Cleasby (1991), con base en la revisión del trabajo de Yao et al. (1971).
53
Según este modelo y considerando criterios típicos de diseño de FÍR y FLA, las eficiencias de
remoción de partículas en FLA pueden ser alrededor de 8 veces mas altas que en FiR por el
mecanismo de intercepción, de 34 por el mecanismo de difusión y de 200 veces por el mecanismo
de sedimentación. Esto se explica, en general, porque comparando la remoción partículas del
mismo tamaño y densidad en FLA y en FiR, la eficiencia de estos mecanismos se ve favorecida
en FLA porque sus granos en el medio filtrante son cerca de la mitad en tamaño; porque en sus
lechos de filtración hay aproximadamente el doble de "colectores" y porque su velocidad de
aproximación a la superficie defiltraciónes alrededor de 100 veces menor que en FiR.
En relación con los mecanismos de adherencia, no es claro cómo se pueden remover
partículas en una unidad de FLA, sin el uso de coagulantes químicos. La posibilidad de
atracción electrostática parece discutible, dado que la gran mayoría de partículas están cargadas negativamente alrededor de pH neutral. Sin embargo, Haarhoff y Cleasby ( 1991 ), citando el trabajo de Jorden (1963) y de McConnell (1984), dejan abierta la posibilidad de que
cationes polivalentes puedan actuar como puentes entre partículas y superficies cargadas
negativamente. En efecto, se ha observado que la adsorción de virus en la arena mejora
cuando se incrementa la concentración de iones y la valencia de los cationes en solución.
Debido a la importancia de la actividad biológica en el comportamiento de las unidades de
FLA, Haarhoff y Cleasby (1991) consideran plausible que la adherencia o la adsorción de
partículas esté relacionada con la actividad biológica. En este sentido se han estudiado el efecto
de los polímeros extracelulares (PEC), capaces de flocular suspensiones de caolín (Pavoni et
al., 1972) o microorganismos en los lodos activados (Metcaif and Eddy, 1970). Hstos PEC
parecen tener diferentes capacidades de desestabilización o aglutinación, dependiendo de las
condiciones de crecimiento de la biomasa que los produzca (Galvis, 1981 ). En armonía con lo
anterior, Bellamy (1985) observó que los microorganismos que crecían en superficies, producían PEC y especuló sobre la posibilidad de que estos polímeros facilitaran la desestabilización
de bacterias y su adherencia a la biomembrana o a la superficie de los granos de arena.
4.2
LIMITACIONES DE LA TECNOLOGÍA DE FILTRACIÓN LENTA EN
ARENA
La filtración lenta en arena (FLA) es reconocida corno una tecnología de tratamiento
sencilla, confiable y eficiente, no superada en este conjunto de características por ningún
otro proceso o etapa única de tratamiento. En efecto, FLA puede producir efluentes de baja
turbiedad, libre de impurezas ofensivas disueltas y, aún más importante, virtualmente libres
de entero-bacterias, entero-virus y quistes de protozoários. Con base en revisión de literatura, en la tabla 4.1 se presenta una visión de las eficiencias de remoción que pueden alcanzarse
con la tecnología FLA para varios parámetros de importancia sanitaria. Estas eficiencias han
sido reportadas en unidades operadas con temperaturas superiores a 5°C, velocidades en el
rango de 0.04 a 0.20 m/h, profundidades de lecho filtrante superiores a 0.5 m y tamaños
efectivos de los granos de arena entre 0.15 y 0.30 mm.
Aún con los valores altos de remoción resumidos en la tabla 4.1, frecuentemente la tecnología FLA, por si sola, no puede producir un efluente que cumpla consistentemente con las
normas de calidad de agua establecidas, debido a los altos niveles de contaminación originados en la naturaleza geológica de algunas cuencas o a la falta de protección de muchas fuentes de agua. La figura 4.3 muestra información sobre la calidad del agua cruda, en términos
de recuento de coliformes fecales, en tres ríos andinos colombianos. Con el alto recuento en
los rios Cauca y Pance (derivación del Colombo), sería necesario depender fuertemente del
54
Filtración en múltiples etapas
proceso de desinfección, aunque se lograran eficiencias de remoción del 99% en las unidades
de FLA. Esta situación, además de dificultar la aplicación del concepto de desinfección
terminal como barrera de seguridad, enunciado en el capítulo 2, coloca la salud pública en
situación de alto riesgo, particularmente en Latinoamérica y el Caribe, donde se requieren
realizar actividades orientadas a mejorar la confíabilidad de la desinfección en la mayoría de
localidades de la región (Reiff, 1995).
Tabla 4.1. Eficiencias típicas de tratamiento de unidades convencionales de FLA (Bellamy
et al, 1985; Ellis, 1985; Huck, 1987; Rachwal et al, 1988; Haarhoff, 1991; Hrubec et al,
1991; Fox et al, 1994).
Parámetro de calidad
Comentarios
Efluente o
reducción típica
Turbiedad
<1UNT
Entero Bacterias
90 a 99.9%
Entero virus y quistes de
Giardia
99 a 99.99%
Cercarías de esquistosoma
100%
Color real
25 a 30%
TOC
COA
Precursores THM
Hierro, manganeso
< 15-25%
< 50%
< 25%
30 a 90%
Nivel de turbiedad, naturaleza y distribución de tamaño de partículas afectan capacidad de tratamiento.
Afectada por temperatura; velocidad de filtración;
tamaño, uniformidad y altura de arena; limpie/a de
lechos.
Remociones altas, inclusive después de la limpieza
de los lechos (remoción de biomembrana).
En condiciones adecuadas de operación y mantenimiento, la remoción es prácticamente completa .
Color asociado con materia orgánica natural, sustancias húmicas
COT, carbono orgánico total.
COA, carbono orgánico asimilable o biodegradable.
Precursores de trihalometanos.
Valores > 1 mg/1 de Fe reducen carreras de filtración
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
™"^^™Rk> Cauca — ™ ~ — - R » Pane*
Quebrada la Elvira
Figura 4,3. Recuento de unidades formadoras de colonias de coliformes fecales (UFC/
100 mi) en tres ríos andinos (Enero 1991 - Noviembre 1991).
55
Claramente, FLA no es una panacea para todos los problemas de calidad de agua, en
todas las circunstancias. Los factores asociados con las deficiencias son múltiples y consideraciones como las presentadas en el capítulo 3 deben contribuir a superarlas. Además, las
características de la fuente de agua que limitan la viabilidad de FLA como opción de tratamiento merecen atención especial.
En general, se pueden distinguir dos situaciones principales en las cuales FLA presenta
limitaciones:
•
•
Niveles de contaminación en el agua cruda, que superan la capacidad del tratamiento
para cumplir con la normatividad vigente o para tener carreras o ciclos de filtración
suficientemente largos.
Condiciones que reducen o inhiben la capacidad de tratamiento.
4.2.1 Niveles de contaminación que superan la capacidad de
tratamiento
•ñ
Sólidos suspendidos o turbiedad
La limitación mas comúnmente mencionada en relación con las unidades convencionales
de FLA, utilizadas como única etapa de tratamiento, es su severa restricción para tratar fuentes de agua donde el material particulado supere niveles relativamente bajos. Este material
puede crear condiciones ambientales adversas para la biomasa que actúa en los lechos de
arena, v.g. para grupos de protozoários, que predan bacterias y que contribuyen a pulir la
calidad microbiológica del efluente (Lloyd, 1974; Lloyd, 1996), Sin embargo, no son estas
posibles implicaciones de importancia sanitaria las que usualmente se citan en la literatura, si
no las dificultades del tratamiento de fuentes donde predominen partículas pequeñas, de
naturaleza coloidal o el impacto de las altas concentraciones de material particulado en la
longitud de las carreras de filtración. La figura 4.4 muestra información sobre los niveles de
turbiedad de los mismos tres rios andinos colombianos y en relación con este parámetro, sólo
el agua de La Elvira podría ser tratada directamente con FLA. Este no es el caso del Río
Cauca, el cual tuvo, entre Enero y Septiembre de 1990, niveles de sólidos suspendidos en el
rango de 20 a 4200 mg/1, con un promedio de 212 mg/1.
Si bien, no se presentan razones claras para justificar la longitud mínima de una carrera o
ciclo de filtración, algunos autores consideran que deben ser mayores de 30 días, por factores
de tipo económico u operacional (Hendricks, 1991 ). Para prevenir efluentes con turbiedades
elevadas, colmataciones de los lechos de arena demasiado frecuentes o ambientes desfavorables para la actividad microbiológica, se recomiendan diversos límiies para la turbiedad en el
afluente; éstos varían desde < 5 UNT (Cleasby, 1984) o < 10 UNT (Hendricks, 1991), hasta
< 50 UNT (Ellis, 1985; TSS, 1987). Además, la mayoría de referencias aceptan, sin ser
deseables, valores altos, en el rango de 50 a 120 UNT, siempre que sus duraciones sean
inferiores a 1 o 2 días. Sin embargo, la turbiedad del agua, como único parámetro, no se
considera una medida suficiente para identificar limitaciones asociadas con la duración de
las carreras (Cleasby, 1984). Si bien, la turbiedad por su sencillez, seguirá siendo un parámetro
muy usado como indicador indirecto de la presencia de material particulado, se sabe que no
refleja siempre bien la carga de sólidos que reciben los lechos filtrantes, especialmente cuando las partículas no son de naturaleza arcillosa o silícea, como es el caso de algas o de flóculos
de hierro. Como carga máxima de sólidos suspendidos (SS) existen pocas recomendaciones,
56
Filtración en múltiples etapas
una de ellas recomienda SS < 5 mg/1, con base en experiencias a escala piloto, utilizando
suspensiones de caolín como fuente de agua a tratar (Wegelin, 1986).
1000.0
100 0
10.0
1.0
0.1
Jan
Feb
"Rio Cauca
Mar
Apr
May Jun
Jul
Rb Pance
Aug Sep
Oct
Nov Dec
Quebrada La Bvira
Figura 4.4. Niveles de turbiedad (UNT) en tres rios andinos (Enero 1991-Noviembre
1991).
Hierro y manganeso
En los lechos de filtración, pueden haber bacterias capaces de contribuir a la oxidación
del hierro y el manganeso presentes en el agua. Pequeñas cantidades de precipitados de
hierro mejoran la capacidad de remoción de compuestos orgánicos (Collins et al, 1985); sin
embargo, concentraciones de hierro superiores a 1 mg/1, pueden contribuir significativamente
a la colmatación de las unidades de FLA (Spencer et al, 1991).
Algas
La presencia de algas en cantidades moderadas son usualmente benéficas para el funcionamiento de las unidades de FLA. Estas son generalmente retenidas a la altura de la parte
superior de los lechos, donde se desarrolla una especie de biomembrana, con traspasos individuales de algas unicelulares (Toms et al, 1988). Los crecimientos significativos pueden
ocasionar la pérdida acelerada de energía hidráulica en los lechos y reducir hasta en cinco
sextos los períodos de filtración (Ivés, 1957). También pueden ser factor importante en las
concentraciones altas de orgánicos solubles y de problemas de olores y sabores. Además,
como consecuencia de la actividad fotosintética, las algas pueden afectar la capacidad
reguladora del agua y aumentarei pH a niveles aún por encima de 10 u 11, los cuales pueden
ocasionar precipitaciones de hidróxidos de magnesio y calcio sobre la arena (Ivés, 1957),
esto contribuye a la obstrucción de los lechos o a aumentar el tamaño efectivo de la arena, lo
cual puede repercutir en una menor eficiencia de tratamiento.
Consecuentemente, varios valores de indicadores directos o indirectos se han propuesto
para establecer límites deseables a los niveles de algas (tabla 4.2). Finalmente, se resalta que
las algas pueden estar presentes en las fuentes de agua o crecer en el sobrenadante de los
filtros, si existen condiciones favorables de nutrientes y radiación solar. Sólo en este último
caso, la cobertura de las unidades de FLA contribuiría a aliviar el efecto de las algas en los
57
procesos de tratamiento y antes de hacerlo, se recomienda verificar si la operación y el mantenimiento puede hacerse compatible con su presencia, particularmente cuando se presentan
en cantidades bajas o moderadas.
Materia orgánica natural o color real
La remoción de color real asociado a carbono orgánico disuelto o sustancias húmicas, es
reportada normalmente como baja, del orden de 25 a 30% (Cleasby et al, 1984; Ellis, 1985;
Collins et al, 1991). Esta remoción baja es consistente con la reportada para otros parámetros
más directamente ligados con la medición de materia orgánica, como se muestra en la tabla
4.1. Debido al riesgo potencial de tipo crónico, asociado con los subproductos de la desinfección con cloro en presencia de este tipo de materia orgánica, los niveles de color deseables
en el agua a tratar son bajos, según los autores citados en la tabla 4.2. Sin embargo, se subraya, que riesgos agudos, de naturaleza microbiológica, son prioritarios de tratar y que estos
niveles deseables de color no deben comprometer, de ser posible, la etapa de desinfección
terminal del agua (Craun et al, 1994).
De otra parte, niveles mínimos de materia orgánica y nutrientes, parecen ser necesarios
para tratar mejor otros indicadores de calidad de agua. Bellamy et al (1985) reportan remociones de turbiedad en el rango de 27 a 39%, para un río de montaña con muy bajo contenido
de materia orgánica y observaron que, estas eficiencias se mejoraban significativamente, al
agregar carbono orgánico y nutrientes al afluente de las unidades de experimentación.
4.2.2 Condiciones que inhiben o reducen la eficiencia del proceso
Diversas circunstancias pueden interferir con los procesos de tratamiento en las unidades
de FLA y no alcanzarse las eficiencias esperadas de remoción. Por ejemplo, carreras de
filtración demasiado cortas para una adecuada maduración de los filtros; niveles de sólidos
que crean ambientes desfavorables para el establecimiento de una biomasa adecuadamente
diversa y activa; bajas temperaturas; escasez de nutrientes y bajos niveles de oxígeno disuelto. A continuación se amplían consideraciones sobre algunas de ellas
Bajas temperaturas
A temperaturas bajas aumenta la viscosidad del agua y se reduce la actividad bioquímica
en los lechos de arena, lo cual afecta la eficiencia de remoción de algunos parámetros. Huisman
(1974), reporta que la remoción de E. Coli se reduce de 99% a 50%, cuando la temperatura
baja de 20 oC a 2 oC, respectivamente. Esta observación es consistente con la reportada por
Toms et al ( 1988) según la cual, filtros convencionales en Londres, antes de su optimización,
operados a 0.30 m/h y a temperaturas inferiores a 4 oC, producían efluentes con niveles de
coliformes fecales por encima de los 50 UFC/100 mi. La estrategia en regiones estacionales,
con inviernos fuertes, v.g. Canadá, Suiza, Países Bajos y parte de EE UU, para evitar
congelamiento o reducir el impacto de bajas temperaturas, ha sido cubrir o enterrar los filtros, con sus correspondientes implicaciones económicas. Reducir las velocidades de filtración también aminora el impacto de bajas temperaturas y Toms et al (1988) presenta evidencia en este sentido pues los mismos filtros en Londres, operando a velocidades menores de
0.20 m/h produjeron efluentes con menos de 10 UFC/ml, aún a bajas temperaturas. En la
figura 4.5 se presenta un filtro lento en arena que se encuentra congelado, por efectos del
invierno, en el Norte de los Estados Unidos.
58
Filtración en múltiples etapas
Figura 4.5. Filtro lento en arena congelado, ubicado al Norte de los Estados Unidos.
Nutrientes
Los microorganismos activos en los lechos de arena requieren para su metabolismo y
crecimiento carbono, nitrógeno, fósforo y azufre. Los ácidos húmicos y fúlvicos son ricos en
carbono pero pobres en el contenido de otros elementos (Spencer et al, 1991). Esto podría
ser, al menos en parte, la explicación para las limitaciones de FLA a remover color natural de
fuentes de agua bien protegidas y para los resultados reportados por Bellamy et al (1985),
según los cuales, la adición de nutrientes permitió aumentar la actividad biológica en lechos
experimentales de arena y mejorar las eficiencias de remoción de turbiedad y de indicadores
de contaminación microbiología.
Oxígeno disuelto
Cuando las velocidades de filtración son muy bajas y hay suficiente demanda en el agua, el
contenido de oxígeno puede agotarse debido al largo contacto con la biomasa que lo consume
(Joshiet et al, 1982). Estas posibilidades de situaciones anóxicas o anaeróbicas en los lechos
deben evitarse, pues pueden dar origen a serios problemas de calidad de agua, tales como olores,
sabores o la resuspensión de metales, con implicaciones estéticas o de interferencia con la etapa
de desinfección terminal (Ellis, 1985).
En la tabla 4.2 se resumen algunos criterios que, a juicio de varios autores, hacen una
fuente ideal para su tratamiento directo con unidades de FLA. De las limitaciones mencionadas antes y de los criterios mostrados en la tabla 4.2, resulta claro que para la gran mayoría de
fuentes superficiales, particularmente lagos o embalses con algún grado de eutroflcación,
ríos no regulados en cuencas no muy bien conservadas o fuentes en el trópico, expuestas a
períodos más o menos cortos pero intensos de lluvia, no pueden ser tratadas adecuadamente
con unidades de FLA, como única etapa de tratamiento, antes de la desinfección terminal.
59
Tabla 4.2. Calidad de agua para tratamiento directo con FLA (Galvis et al, 1993).
Criterio de Calidad
de Agua Cruda
Turbiedad (UNT)
Algas (Unidades/1)
Color Real (UPC)
Absorbancia (254 nm) (UA)
Oxígeno Disuclto
Fósforo (PO4) (rng/1)
Amoníaco (mg/1)
Hierro Total (mg/1)
Manganeso (mg/1)
C. Fecales (NMP)
Límites de Calidad según Referencias de 1991
Spencer et al
Cleasby
Di Bernardo
5 - 10(l)
200000l2)
15-25
0.08
(mg/1)
30
3
1
5
5 mg/mS'-1'
10
250000
5
>6
0.3
0.05
2.0
0.2
200 org./100 mi
(1)
Son significativas la naturaleza de la turbiedad y la distribución de tamaño de las panículas y la manera en
que se producen los cambios de calidad de agua en el afluente.
(2) Importantes, tanto el número como las especies presentes en la fuente de agua. Esta recomendación supone
filtros cubiertos.
(3) Este límite (0.005 mg/1) corresponde a clorofila-a en el agua encima del filtro, como una medida indirecta
del nivel de algas.
4.3 SUPERANDO LIMITACIONES DE LA FILTRACIÓN LENTA EN
ARENA
4.3.1 Evolución en el uso de la tecnología FLA en Europa
Para conservar las bondades y superar limitaciones de FLA, resulta útil revisar, así sea
globalmente, la manera como se han identificado otros procesos de tratamiento, con capacidades complementarias a las de FLA y que en combinación con ella, procuran producir agua que
cumpla los requisitos cada vez mas exigentes de tratamiento. Esta revisión incluye inicialmente
algunas ciudades europeas y después, algunos de los proyectos o trabajos que antecedieron o
acompañaron la propuesta de FÍME.
Londres: A comienzos del siglo XX, embalses, con períodos de retención del orden de
semanas (sedimentación simple) y desinfección terminal con cloro, fueron incorporados como
etapas adicionales de tratamiento. Cada una de las tres etapas y su combinación, fueron
claves para darle calidad al agua. Sin embargo, la proliferación de algas en los embalses y el
aumento en los niveles de sólidos suspendidos, crearon problemas de colmatación en las
unidades de FLA. Este problema se superó cuando en 1923 la Metropolitan Water Board
(MWB) introdujo su primer filtro "rápido" de arena, el cual no requería la dosificación de
coagulantes (Ridley, 1967). Con sólo modificaciones menores, este sistema de filtración
doble en arena se utilizó hasta los 80s. En la figura 4.6 se ilustra el mejoramiento microbiológico gradual del agua, en cada una de las cuatro etapas de tratamiento. En los 90s, para
cumplir con los requerimientos de la Comunidad Europea, las plantas fueron optimizadas
incluyendo ozono y una carnada adicional de carbón activado en el interior de los lechos de
arena de las unidades de FLA, con el fin de incrementar biodegradabilidad, remoción de
compuestos orgánicos y mejorar la confiabilidad de la desinfección.
60
Rio Támesis
Filtración
Rápida
en Arena
200
Embalse
Captación
UFC/lOOral
Aireación
6690
249
Distribución
Almacenamiento
Agua Tratada
Filtración
Lenta
en Arena
10
0
~
Figura 4.6. Remoción de coliformes fecales, en las diferentes etapas de tratamiento en una planta típica de Londres hasta los años 80s. Datos
promedios de los 60s (Adaptado de Windle-Taylor, 1974).
Lago de
Zurich
Filtración
Rápida
Tanque de Filtración con
Filtración Lenta
Contacto
Carbón Activado en Arena
Ozono
Almacenamiento Agua
Tratada
"^ s~ • - •-.-" - . ' ^ ' " \ ^ _ A
Cloración —'
(intermitente)
T
Coagulante
Ajuste de pH
I
Ozono
Figura 4.7. Diagrama de Flujo de la Planta de Tratamiento Lengg en Zurich (Huck, 1988).
i.
_• ^ . „ ,-ít.
«
Dióxido
de Cloro
Distribución
Zurich: La ciudad se abastece de tres fuentes: Lago de Zurich, agua subterránea y nacimientos. La primera planta, tratando agua del lago, utilizó unidades de FLA y entró en operación en 1871; actualmente el agua del lago representa el 70% del abastecimiento y es
tratada en dos plantas, Lengg y Moss. Para atender nuevos riesgos de contaminación y una
reglamentación cada vez más estricta, sobre todo en lo relacionado con sustancias orgánicas,
FLA es ahora una de las múltiples etapas de tratamiento de estas plantas que incluyen; preoxidación en los colectores de agua del lago, coagulación / floculation, ajuste de pH, filtración rápida en arena, tratamiento con ozono, filtración en carbón activado, FLA y desinfección usando dióxido de cloro para proteger el sistema de distribución. Esto se ilustra en la
figura 4.7. En Zurich, cl agua cruda es de buena calidad y debido al efecto de las etapas
precedentes, el impacto de FLA se refleja principalmente en la reducción de COA., carbono
orgánicamente asimilable (Huck, 1987).
Como lo ilustran los dos casos anteriores, FLA continúa siendo utilizada en las plantas de
tratamiento de importantes ciudades europeas, pero ahora como una de sus últimas etapas de
los procesos que las constituyen. En consecuencia, las unidades de FLA reciben agua de
muy buena calidad, mucho mejor que la requerida por los autores citados en la tabla 4.2 y por
eso puede operar como filtros lentos "rápidos", con velocidades del orden de 0.4 a 0.8 m/h,
muy superiores a los valores tradicionalmente usados, en el rango de 0.04 a 0.2 m/h. Debe
ser claro para el lector en otros contextos, que estas velocidades altas pueden ser adecuadas
sólo si se cumplen las condiciones que las están haciendo posibles. Además, la estrategia
reciente de estas ciudades para alcanzar dichas condiciones, es más exigente, en términos de
instrumentación y equipamiento, que la clásica dosificación de coagulantes que ha dificultado la aplicación de FiR en tantas localidades de la región.
A continuación se presenta una visión parcial sobre la búsqueda de otras etapas o procesos de pretratamiento, orientado a posibilitar estrategias menos exigentes en recursos humanos e infraestructura para el tratamiento del agua, aprovechando la tecnología de FLA.
4.3.2 Consideraciones sobre la búsqueda de alternativas de
pretratamiento
El uso adecuado de la tecnología FLA, ha estado determinado por la disponibilidad de
fuentes de agua de buena calidad, como parece ser el caso de su aplicación en F;H UU, según
lo evidencia la revisión de literatura resumida en el aparte 4.1, o por la posibilidad de utilizar
diferentes modalidades de pretratamiento, para acondicionar la calidad del agua antes de su
entrada a las unidades de FLA. Estas modalidades incluyen sedimentación simple,
microcribado, filtración en grava o arena gruesa y más recientemente, ozono o carbón activado para potencializar su capacidad de remover orgánicos.
En las últimas décadas y en la perspectiva de promover el uso de la tecnología de FLA en
núcleos rurales y cabeceras municipales pequeñas o medianas, se ha vivido un renovado
interés por recuperar y optimizar el aprovechamiento de los filtros en grava, tales como los
que se ilustran en la figura 4.8. Entre otras experiencias, se enuncian investigaciones y aplicaciones llevadas a cabo por el Instituto Asiático de Tecnología (AIT) en Tailandia, con
filtración gruesa horizontal (FGH), en el marco del proyecto Internacional de Filtración Lenta en Arena, coordinado por el IRC, para lo cual se construyeron unidades de FGH a escala
real en Ban Bangloa Tailandia (Visscher et al., 1992). Un mayor empuje a la alternativa FGH
fue realizado con base en los trabajos reportados por Wegelin (1986) y Wegelin et al (1991),
los cuales incluyeron la construcción de unidades a escala piloto y real en varios países, Perú
62
Afluente
- Rebose
•Efluente
Drenaje
Filtro Grueso Dinámico
Afluente
Drenaje
Drenaje
Drenaje
Drenaje
Filtro Grueso Descendente en Serie
Filtro Grueso Ascendente en Serie
Drenaje
Efluente
Afluente
Efluente
\M
Li
ri
L:
f -
f • Drenaje
-f
T"
Filtro Grueso Horizontal
ON
Filtro Grueso
Ascendente en Capas
Figura 4.8. Ilustración de un filtro grueso dinámico y de filtros gruesos de flujo ascendente, descendente y horizontal.
y Colombia entre ellos. En Latinoamérica se realizaron también estudios con filtración gruesa de flujo descendente (FGD) en Perú (Pérez et al, 1985; Pardón, 1987; Lloyd et al, 1987)
y con filtración gruesa de flujo ascendente en Brasil y Colombia (Di Bernardo 1991; Galvis
y Visscher, 1987; Galvis et al, 1989). En Colombia, Cinara trabajó en el desarrollo de la
filtración gruesa dinámica (FGDi), orientada a superar los problemas asociados con los cambios bruscos en los niveles de sólidos suspendidos, que presentan la mayoría de ríos andinos
(Galvis y Fernández, 1992; Galvis et al, 1992).
Al finalizar los años 80s parecía claro que la filtración en gravas o filtración gruesa (FG),
era una buena opción para pretratar o acondicionar el agua antes de las unidades de FLA. Sin
embargo, no había información que orientara la selección ni la combinación de las diferentes
alternativas reportadas en la literatura para especificarlas en combinación FLA, frente a la
necesidad de tratar una fuente de agua. Esto estimulo la realización de un programa integrado de investigación y demostración sobre alternativas de pretratamiento, el cual incluyó
estudios comparativos de las diferentes modalidades de la filtración en gravas; búsqueda de
posibles combinaciones de las diferentes etapas de pretratamiento, orientada por los conceptos de barreras múltiples y de tratamiento integrado, que permitieran producir un efluente en
las unidades de FLA que se acercara al concepto de desinfección terminal como barrera de
seguridad (estos tres conceptos fueron enunciados en el marco del capítulo 2); estudios sobre
costos y la producción de herramientas metodológicas y de material didáctico, que facilitara
la transferencia de la experiencia (Cinara e IRC, 1992; 1996; Galvis et al. 1996). Parte de la
experiencia adquirida en el desarrollo de este programa se presenta en los siguientes capítulos de esta publicación.
En resumen, por ahora puede decirse que, para las condiciones en que se realizó el programa, la combinación de filtración gruesa dinámica (FGDi) con la filtración gruesa ascendente (FGA) resultó ser la mejor opción para pretratar el agua antes de las unidades de FLA.
En todas las alternativas estudiadas se incluyeron múltiples o "manifolds" como sistema de
drenaje, innovación que ha facilitado significativamente el proceso de limpieza de las unidades de filtración gruesa. No obstante, el sistema de drenaje es quizá uno de los campos que
más requiere investigación, para continuar potencializando esta tecnología. Otro desarrollo
importante es el FGDi, el cual es un filtro grueso con flujo descendente, funcionando como
primera etapa de tratamiento y como una especie de "válvula automática", que paulatina o
rápidamente, declina el flujo captado ante valores altos o cambios bruscos en los sólidos
suspendidos que llegan a la planta de tratamiento.
4.4 CONSIDERACIONES SOBRE LA FILTRACIÓN EN MÚLTIPLES
ETAPAS
La combinación de las etapas de filtración gruesa y filtración lenta en arena, es lo que en
esta publicación se denomina filtración en múltiples etapas, FiME. Esta tecnología ha tenido
buena acogida en Colombia, donde ya hay alrededor de 50 plantas operando, 10 de ellas desde
mediados de la década de los 80s, con efluentes de bajo riesgo sanitario antes de la desinfección
terminal y con bajos costos de operación y mantenimiento, los cuales son cubiertos en su totalidad por los usuarios, quienes pagan una tarifa de alrededor de 3 dólares americanos, en un país
donde el salario mínimo oficial está un poco por encima de los 150. Todos estos sistemas son
administrados por organizaciones de base comunitaria, con apoyo técnico de instituciones relacionadas con el sector, el cual aún resulta difícil, a pesar de la transferencia de recursos y
responsabilidades a los niveles locales, en el proceso de descentralización que vive el país.
64
Filtración en múltiples etapas
FiME no compromete las ventajas asociadas a los requerimientos sencillos de operación
y mantenimiento de FLA y permite la producción de agua de buena calidad en un gran
número de núcleos rurales y de cabeceras municipales, donde el tratamiento con productos
químicos es poco factible. La tabla 4.3 presenta un resumen de consideraciones sobre la
tecnología de FiME.
4.4.1 Descripción de los componentes con filtración grueso
FiME, puede estar conformada por dos o tres componentes o etapas principales de filtración, dependiendo de los niveles de contaminación en la fuente. La opción de tres componentes, FGDi, FG y FLA, se ilustra en la figura 4.9. La segunda componente, o sea FG,
puede obviarse con fuentes de buena calidad. FGDi se orienta principalmente a la reducción
de sólidos suspendidos, con base en la remoción de las partículas mas grandes; a medida que
el agua avanza en las siguientes etapas, gradualmente se prioriza la remoción de partículas
mas pequeñas y microorganismos.
Filtros Gruesos Dinámicos (FGDi) incluyen una capa delgada de grava fina en la parte
superior y otra más gruesa en contacto con el sistema de drenaje en el fondo. El agua que
entra en la unidad pasa sobre la grava y parte de ella es captada a través del lecho, hacia la
próxima etapa de tratamiento. Con niveles moderados o estables de sólidos en la fuente, las
unidades de FGDi se obstruirán gradualmente, y ante cambios bruscos, la colmatación será
mas rápida y una fracción significativa o, eventualmente, el total del flujo captado, fluirá
sobre el lecho colmatado y retornará a la fuente, protegiendo de esta manera las etapas de
tratamiento relativamente mas difíciles de operar y mantener. En el capítulo 8 se amplia la
información sobre esta componente de FÏME.
De acuerdo con el sentido del flujo en los lechos de grava de la segunda etapa de tratamiento, los filtros gruesos pueden ser de tipo ascendente (FGA), descendente (FGD) u horizontal
(FGH). Según se resume en el capítulo 5, después del estudio comparativo de estas modalidades de FG (Cinara e IRC; 1992; 1996), se encontraron técnica y económicamente ventajosas las
variantes de FGA, aunque, las opciones de FGD y FGH también presentaron buenas eficiencias
de remoción en los parámetros de mayor relevancia sanitaria revisados en el capítulo 2.
Filtros de grava
\
Filtro grueso
dinámico
Filtro grueso
Filtro lento
en arena
Dtísinfeeción
terminal
Figura 4.9. Sistema de tratamiento por filtración en múltiples etapas.
65
Tabla 4.3. Resumen de consideraciones sobre la filtración en múltiples etapas
Consideración
Comentario
Calidad del agua tratada
Es una excelente alternativa para mejorar la calidad física, química y microbiológica del agua. En muchas localidades, FiME
es la única opción confiable de tratamiento.
El diseño es relativamente simple y facilita el uso de materiales
Facilidades de construcción
y de la mano de obra del lugar. No se requiere equipo especializado.
La construcción con materiales y mano de obra local reduce los
Costos de construcción
costos. Usualmente, no se requieren mate-riales importados.
Después de un corto período de capacitación, operadores locaFacilidades de O&M
les, sin alto nivel de escolaridad, pueden operar y mantener el
sistema.
Los costos de operación y mantenimiento y las necesidades de
Costos de O&M
energía eléctrica son menores que en otros sistemas. No requieren productos químicos para coagulación.
Riesgo de fallas mecánicas bajo o de problemas asociados con
Confiabilidad
cambios en la calidad del agua cruda. Estos pueden resolverse la
mayoría de las veces sin interrumpir el servicio
El proceso de limpieza es simple aunque laborioso y esto no debe
.Limpieza
representar un problema mayor en países donde la mano de obra
es relativamente barata.
Requerimientos de área superficial Una planta convencional de FiR, con áreas de almacenamiento y
de manejo de químicos, zonas de tráfico, etc., puede requerir áreas
comparables a FiME.
Existen niveles de contaminación o factores ambientales que suNo es una panacea
peran la eficiencia o inhiben los procesos de tratamiento ligados
con FiME.
Los Filtros Gruesos de Flujo Ascendente consisten en un compartimiento principal
donde se ubica un lecho filtrante de grava, el cual disminuye de tamaño con la dirección del
flujo. Un sistema de drenaje, ubicado en el fondo de la estructura, sirve para distribuir el flujo
durante la carrera de filtración o para drenar los lechos de grava durante las actividades de
limpieza hidráulica, con base en las descargas frecuentes de fondo. Según la longitud y
distribución de las capas de grava, se pueden distinguir dos alternativas: La Filtración Gruesa
Ascendente en Capas (FGAC), cuando los lechos de grava son instalados en una misma
unidad o estructura y la Filtración Gruesa Ascendente en Serie (FGAS), cuando los lechos
de grava son instalados en dos o tres unidades de filtración, cada una conteniendo un tamaño
predominante de grava, que decrece en el sentido del flujo. Estas opciones de FG se ilustraron en la figura 4.8 y en el capítulo 9 se presenta información adicional.
Los Filtros Gruesos de Flujo Descendente en Serie (FGDS) hasta ahora evaluados,
constan de tres compartimientos, con gravas que van de gruesas a finas en el sentido del
flujo. En el capítulo 5 se incluye información sobre el comportamiento de esta opción, en
comparación con otras modalidades de filtración gruesa. El comportamiento de los FGDS es
semejante al de los FGAS1, en términos de eficiencias de remoción; sin embargo, el mantenimiento se hace mas difícil, pues el lodo tiende a acumularse en la superficie de la primera
unidad de la serie de tres y su limpieza es relativamente mas difícil que en las unidades de
66
Filtración en múltiples etapas
FGAS, donde el lodo se acumula preferencialmente en la carnada inferior de grava, cerca de
los drenes.
En los Filtros Gruesos de flujo Horizontal (FGH) las unidades consisten de uno o
varios módulos construidos de tal manera que conforman tres compartimientos separados
por una pared perforada. En un comienzo esta opción era muy voluminosa pues no incluía
un sistema de drenaje que facilitara su limpieza hidráulica. Después de su aplicación en
diferentes países, incluidos Perú y Colombia, se le adicionó un sistema de drenaje. Si bien
esto permitió reducirle el tamaño a las unidades, las actividades de operación y mantenimiento de FGH son muy exigentes en términos de mano de obra y de consumo de agua.
Cinara ensayó con una nueva vanante, la Filtración Gruesa Horizontal en Serie (FGHS) y
encontró que con ella se puede optimizar el comportamiento hidráulico de esta opción de
pretratamiento (Galvis et al., 1996), lo cual debe contribuir a reducir la longitud de los lechos
de grava, manteniendo los mismos niveles de eficiencia que ahora presenta la tecnología
"convencional" de FGH. En el Capítulo 5 se amplia la información sobre el comportamiento
de FGH y sus variantes, estudiadas en Colombia.
4.5 OTRAS ALTERNATIVAS DE PRETRATAMIENTO
Existen otras posibilidades de pretratamiento que pueden ser utilizadas en combinación
con FiME y que no comprometen su simplicidad en términos de operación y mantenimiento.
Se incluyen en este ítem algunas alternativas que tienen buen potencial, tales como: pozos o
galerías de infiltración y la sedimentación simple.
Pozos de infiltración
Una de las técnicas más antiguas de pretratamiento la constituye la filtración de agua a
orillas de los ríos o pozos de infiltración. Dependiendo de la calidad del agua en el río y de
las características del suelo a través del cual debe percolar el agua a captar, ésta puede resultar inadecuada tanto para afluente de unidades de FLA como para desinfección. Engels et al.
(1989) reportan problemas en la resuspensión de óxidos de hierro y manganeso presentes en
el suelo, cuando los niveles de oxígeno en el río han caído por debajo de 1 mg/1. Cambios en
la capacidad de transpone de sólidos de la fuente pueden afectar la capacidad de captación de
los pozos, dada la dificultad de mantenimiento del material filtrante.
Calerías de infiltración
Las galerías de infiltración están constituidas principalmente por tuberías perforadas colocadas en los lechos de los ríos. Si la permeabilidad del lecho natural es muy baja, éste puede ser
reemplazado parcialmente por otro material, tal como grava y arena. Se han reportado velocidades de captación en el rango de 0.25 a 1.5 m/h, dependiendo de la turbiedad en la fuente y de
los requerimientos de calidad en el efluente. En ríos con turbiedades bajas se han reportado
buenos resultados, mientras que en fuentes con crecientes y picos de turbiedad, la obstrucción
periódica de los lechos hace necesaria su limpieza o la reposición del material filtrante. En la
práctica, este mantenimiento se dificulta por la localización del sistema de captación. Evaluaciones realizadas en Colombia a captaciones de lecho filtrante, mostraron eficiencias muy bajas, generalmente inferiores al 20% (Cinara - IRCWD, 1988). El reconocimiento de este tipo
de limitaciones motivó en Cinara el desarrollo de los Filtros Gruesos Dinámicos, FGDi.
Sedimentación simple
La sedimentación es un proceso físico que permite reducir el contenido de sólidos suspendidos presentes en el agua. Su eficiencia de remoción depende de la carga superficial (relación
67
entre caudal y área superficial), número de Reynolds, número de Fraude, temperatura y de
características propias de las partículas a sedimentar, tales como densidad y tamaño. La calidad
efluente de un sedimentador podría requerir de otras opciones de pretratamiento con procesos
basados en la filtración, si hay presencia de material coloidal. De esta forma se puede obtener
calidad de agua adecuada para su tratamiento posterior por FLA.
Se pueden distinguir dos variantes principales en la aplicación de la sedimentación simple. Aquellas con períodos teóricos cortos de retención (menos de un día) y otras con largos
períodos (varios días o semanas). Fuentes de agua con valores altos de sólidos suspendidos
pueden mostrar significativas reducciones con períodos de algunas horas de detención; en
contraste, podría tener un mínimo impacto en fuentes con turbiedad de naturaleza coloidal.
La sedimentación simple con bajos tiempos de retención (por ejemplo, una estructura
desarenadora), podría ser la primera etapa de acondicionamiento para fuentes superficiales,
principalmente en ríos de montaña, con alta pendiente de fondo y grandes variaciones de
caudal, que transportan material particulado grande y pesado, tal como gravas y arena. Sin
embargo, los ríos transportan una gran variedad de partículas de material cohesivo como
lodo y arcilla (0.5 a 62 mm) y discreto como arenas finas, medianas y gruesas (62 y 2000
mm) (Breusers, 1988).
En la Región Andina la mayoría de las fuentes superficiales grandes o pequeñas presentan picos en la concentración de sólidos suspendidos, de corta duración, situación que puede
suceder en ausencia del fontanero del sistema de abastecimiento de agua, momento en el
cual, los acondicionadores juegan un papel importante en la protección del sistema de tratamiento.
El potencial de la sedimentación para períodos menores de un día, puede estimarse a través
de columnas de sedimentación; para períodos más largos, otros elementos como efectos térmicos, eólicos o producción de algas, comienzan a ser de mayor importancia, especialmente en
unidades a escala real (Cleasby, 1991). La sedimentación simple con largos períodos de retención es de uso común en Londres, donde el crecimiento periódico de algas ha obligado a la
colocación de microcribas o de filtros "rápidos" sin coagulación, antes de los filtros lentos
(Ridley, 1967). Para controlar el crecimiento de algas en los embalses, en Londres se han
desarrollado técnicas orientadas a prevenir la estratificación térmica, las cuales incluyen sistemas de bombeo, El potencial de los embalses como alternativa de pretratamiento en países
tropicales y en zonas con limitaciones para sostener tales niveles de mecanización ó de
eutroficación, debe ser cuidadosamente evaluado antes de promover su aprovechamiento amplio.
La sedimentación optimizada por medio de tubos o placas paralelas permite reducir entre
60 y 70% el área requerida por la sedimentación simple. La sedimentación en placas paralelas ha sido aplicada exitosamente en el tratamiento de agua químicamente coagulada; sin
embargo, la experiencia con aguas no coaguladas es limitada. Investigaciones desarrolladas
en la Estación de Investigación de Cinara, en predios de la Empresas Municipales de Cali, no
reportaron buenos resultados (Castilla et al., 1989).
68
5. COMPORTAMIENTO DE LA TECNOLOGIA
FiME
La inversión de la tecnología FiME ha sido realizada en el marco del Proyecto Integrado
de investigación y Demostración de Métodos de Pretratamiento para Sistemas de Abastecimientos, con base en un trabajo llevado a cabo tanto en unidades construidas a nivel experimental como en proyectos de demostración a escala real ubicadas en la región del Valle del
Cauca, Colombia.
La investigación se centró en comparar diferentes alternativas de pretratamiento previos
a la filtración lenta en arena (FLA); en producir criterios de selección, operación y mantenimiento y en evaluar la aplicación de multibarreras y tratamiento integrado.
El desarrollo de la investigación se realizó en el valle geográfico del río Cauca, situado al
suroccidente de Colombia. Un alto porcentaje de este valle, hace parte del departamento del
Valle del Cauca. La figura 5.1 presenta la localización geográfica de Colombia y del departamento de Valle de Cauca, incluyendo los proyectos de demostración a escala real.
, Mondomo
Figura 5.1. Localización geográfica del proyecto pretratamientos.
El Valle del Cauca, con una temperatura promedio anual de 24°C y con bajas fluctuaciones
estacionales, está localizado en la zona de influencia de la convergencia intertropical. Como
consecuencia de esto, presenta dos períodos secos en el año que van de enero a mareo y de julio a
septiembre, y dos períodos lluviosos que se extienden de abril a junio y de octubre a diciembre,
siendo este segundo, regularmente, el más severo.
El río Cauca, principal afluente de la región y fuente de agua cruda para la investigación
a escala piloto, presenta una alta contaminación, debido tanto al vertimiento de aguas residuales
domésticas, sin tratamiento, de varias comunidades, como al arrastre de suelo agrícola, principalmente durante el período de lluvias. El río drena un área aproximada a 60.000 Km2, en
sus 1200 Km de longitud. De su recorrido, solamente 3600 Km2 se encuentran aguas arriba
del embalse de Salvajina, el cual a su vez, se encuentra aguas arriba del sitio de captación
donde se deriva agua, tanto para la ciudad de Cali, como para el proyecto. El efecto de
embalse permite al río, en su paso por la ciudad de Cali, elevar los caudales mínimos de 40
mVs, aliviando el impacto de la contaminación durante el verano. El efecto del embalse en
la calidad fisicoquímica del río en invierno, es limitado, pues aguas abajo de él se encuentran
importantes tributarios, como los ríos Palo, Suárez, y Jamundí, entre otros, que contribuyen
significativamente al deterioro de su calidad, en época de lluvias.
Ante tales variaciones en la calidad de agua cruda, la investigación consideró períodos de
evaluación de seis meses, incluyendo como mínimo un período seco y uno de lluvia. El tiempo
total de investigación dentro del proyecto fue cercano a 40 meses.
Las unidades experimentales utilizadas en el proyecto se localizaron en la Estación de Investigación y Transferencia de Tecnología de Cinara, (figura 5.2), ubicada en predios de la
planta de tratamiento de agua de Puerto Mallarino, perteneciente a las Empresas Municipales
de Cali - EMCALI - ACUACALI. La Estación cuenta con una infraestructura de apoyo en
laboratorios, para el análisis de calidad fisicoquímica y microbiológica del agua, además de
unidades a escala técnica para el estudio a nivel piloto de la tecnología FiME. Recientemente
se ha construido un nuevo laboratorio para el estudio de sistemas de tratamiento que combinan
los procesos de coagulación y floculación química en medio de grava con la filtración rápida.
Figura 5,2. Cinara, Estación de Investigación y Transferencia de Tecnología en Agua
Potable, localizada en la Planta de Tratamiento de Agua, de Puerto Mallarino-EMC ALI,
ACUACALI, Cali, Colombia.
70
Comportamiento de la tecnología FiME
5.1 EXPERIENCIAS CON PLANTAS A ESCALA TÉCNICA DE
INVESTIGACIÓN
5.1.1 Consideraciones generales
Para el desarrollo del Proyecto Pretratamientos, se construyeron líneas de investigación
con tres componentes básicos: filtro grueso dinámico (FGDi), una alternativa de filtración
gruesa (FG) y un filtro lento en arena (FLA). Cuatro FGDi constituyeron el sistema de acondicionamiento común a todas las líneas. Cada línea incluyó una unidad de filtración gruesa,
con una de las siguientes alternativas: Ascendente en capas y en serie de dos y tres etapas;
horizontal convencional, horizontal en etapas y en serie y descendente en serie de tres etapas.
Con el fin de evaluar el impacto de la calidad efluente de cada sistema de pretratamiento,
cada línea incluyó un FLA. La figura 5.3 ilustra un esquema de las líneas de pretratamiento
evaluadas.
T a n q i » de
agua l l
o
FILTRACIÓN ORIIESA ASCENDENTE EN SERIE 3 ETAPAS (FGAS3)
FILTRACIÓN GRUESA ASCENDENTE EN CAPAS (FGAC)
3.1 3.H
FILTRACIÓN GRUESA HORIZONTAL MODIFICADO
(FGHM) (1)
FILTRACIÓN GRUESA HORIZONTAL (PGH)
FILTRACIÓN GRUESA ASCENDENTE EN SERIE 2 ETAPAS
M e d k l t n de Caudal
(Vertedero triangular)
«<3Jyl&n da Caudal
olumetríco)
Vllvula
.,M CAdlgoa de punto de m u n t x e o
(F0AS2I
FILTRACIÓN GRUESA DESCENDENTE EN SERIE 3 ETAPAS (FOAS3)
Figura 5.3. Representación esquemática de las líneas de tratamiento en unidades a escala técnica de investigación, del proyecto Pretratamientos.
Los filtros ascendentes en serie consisten en sistemas de 2 ó 3 unidades. En el caso de 2
unidades en serie, la primera contiene grava gruesa y la segunda gravas clasificadas entre
media y fina; para el caso de 3 unidades en serie, en la segunda y tercera unidad predomina
la grava media y fina respectivamente. El filtro ascendente en capas consiste en una unidad
llena con lechos de grava de diferentes tamaños, ubicadas de gruesa en el fondo a fina en la
superficie. Dos tipos de filtros gruesos horizontales fueron evaluados, uno convencional que
utiliza los mismos tamaños de grava del filtro grueso ascendente en serie de tres etapas,
diseñado y construido con los criterios propuestos por Wegelin (1986), y un segundo, acondicionado con longitudes de lecho filtrante similares a los de) filtro en serie y dividido en tres
pequeñas unidades en serie, para mejorar su comportamiento hidráulico respecto al primero.
71
Tabla 5.1 Características de componentes FiME evaluados a nivel de plantas piloto a
escala técnica.
Componente
FiMK
FGDi
FGAS3
FGAS2
FOAC
FGDS3
FGH
FGHS
FLA
Número de
Unidades en Serie
1
3
2
1
3
1
3
1
Area de
Filtración (m2)
0.75
3.14
3.14
3.14
3.14
1.54
1.54
3.14
Lecho Filtrante
Tamaño (mm)
Longitud (m)
6-25
25-1.6
25-1.6
25-1.6
25-1.6
25-1.6
25-1.6
Cu=1.57
d |0 -0.23 mm
0.60
4.55
3.10
1.55
4.55
7.20
4.55
máx: 1.00
mín: 0.60
El filtro grueso ascendente comprende tres unidades en serie, con tamaños de grava similares
a las del filtro grueso ascendente en serie de tres etapas.
En el desarrollo del proyecto se evaluó cada etapa de pretratamiento dentro de la línea de
investigación, tanto de manera independiente como en su conjunto. Así por ejemplo, los
FGDi fueron evaluados, considerando eficiencias de remoción, aspectos hidráulicos, de operación y mantenimiento y la identificación de factores limitantes.
Los filtros gruesos se evaluaron con velocidades de filtración de 0.30, 0.45, 0.60, 0.70 y
1.0 m/h, una por cada período. Se establecieron comparaciones en el fur ionamiento hidráulico y en eficiencias obtenidas dentro del mejoramiento de la calidad dei agua, entre los seis
tipos de filtración gruesa estudiados; así mismo se realizaron mediciones en la remoción de
parámetros físico químicos y bacteriológicos por cada componente de filtración gruesa, para
las velocidades de filtración indicadas y orientadas a establecer limitantes de trabajo en cada
caso. Las características de cada componente FiME se presentan en la tabla 5.1.
5.1.2 Evaluación de la calidad del agua cruda
El río Cauca presentó variaciones en su calidad de agua, influenciadas por las épocas
secas y lluviosas. La figura 5.4 ilustra la presencia de estos períodos, con base en la variación
diaria de turbiedad en el río, durante un año. Altos niveles de turbiedad se presentaron
durante abril a junio y en septiembre y octubre, características, del período de invierno,
mientras que niveles más bajos, fueron registrados entre julio y septiembre, característicos,
del período seco.
Durante el período del desarrollo del proyecto, los valores de turbiedad estuvieron en
el rango 15 a 1880 UNT, el color real entre 24 y 344 UPC, mientras que los coliformes
fecales varían entre 7300 y 396000 UFC/100 mi. En períodos de lluvia, los valores de
turbiedad se incrementaron, presentándose variaciones fuertes y bruscas en la calidad del
agua cruda, de tal manera que en tiempos inferiores a 3 horas, la turbiedad se incrementó
entre 5 y 10 veces de su valor promedio, según se ilustra en la figura 5.5, en el seguimiento
horario a sólidos suspendidos, turbiedad y color real.
72
Comportamiento de la tecnología FiME
600 -r
500 -
MAR
ABR
MAY
JUN
JUL
AGO
SEP
OCT
Figura 5.4. Variaciones en la calidad del agua delríoCauca a través de diferentes ciclos
hidrológicos. Cali - Colombia.
La calidad del agua del río Cauca presentó promedios de hierro total y manganeso, para
los períodos de evaluación, entre 3.5 y 14.0 mg/1 y entre 0.5 y 0.9 respectivamente, con un
valor máximo en hierro de 48 mg/1, medido durante una condición anaeróbica del río, con
duración aproximada de 2 horas, altos niveles de contaminación y gran variabilidad en la
calidad del agua cruda caracterizan el comportamiento del río Cauca. Características que no
recomiendan su mejoramiento por filtración lenta en arena, como única fase de tratamiento,
tal como se discute en la literatura especializada. Sin embargo, para los propósitos del Proyecto Pretratamiento, esta fuente es de gran utilidad para el estudio de cada una de las líneas
y etapas de tratamiento propuestas.
Horas
— Solidos Suspendidos (mg/1)
47
— Turbiedad (UNT)
70
•ColorReal (UPC)
Figura 5.5. Seguimiento horario a la calidad del agua ante un cambio brusco de calidad
en el río Cauca, Cali - Colombia.
73
5.1.3 Evaluación de las unidades de FGDi
Ante la necesidad de proteger el sistema de abastecimiento de agua, principalmente los
componentes de tratamiento, contra variaciones bruscas de calidad como las indicadas en la
figura 5.5, se ha desarrollado la tecnología de filtración gruesa dinámica. Diferentes estudios
a nivel piloto, fueron realizados, entre los que se incluyen evaluaciones sobre eficiencias
remocionales en parámetros físicos, químicos y microbiológicos; estudios sobre el comportamiento hidráulico de la unidad y sobre remoción de material particulado presente en el
anuente a tratar.
La sedimentación es propuesta como el principal proceso existente en la remoción de
material particulado en un FGDi. Dos zonas de sedimentación fueron identificadas, la
primera como parte del proceso de sedimentación convencional que se genera sobre el
lecho más superficial de grava y donde se remueve cerca del 10% del material suspendido
presente en el agua cruda; la segunda, como parte del proceso de filtración y que se genere
al interior del lecho de grava; donde se remueve entre el 65% y 85% del material suspendido tratado.
La evaluación del flujo superficial en los FGDi mostró que éste no presenta ningún
efecto sobre el arrastre de las partículas, ni sobre la calidad del agua efluente de la unidad.
Este resultado es particularmente importante cuando se requiere el bombeo del agua cruda
hacia el sistema de tratamiento, ya que en estos casos no se debe impulsar un caudal de
exceso que garantice el flujo superficial sobre la unidad. Mayores detalles de esta evaluación se encuentran en Latorre et al (1996). La eliminación del flujo superficial, motivó el
estudio de la operación del sistema a tasa constante presentan un mejor comportamiento
hidráulico, debido a la mejor distribución de la capa superficial de lodo removido sobre el
lecho de grava, mientras que en las unidades a tasa declinante, se presentan zonas preferenciales en la acumulación de lodo, lo cual genera y.onas muertas y cortos circuitos Guzman
(1997).
El análisis de eficiencias de remoción en unidades de FGDi, utilizando velocidades de
filtración entre 2.0 y 5.0 m/h, mostró la ausencia de diferentes significativas, al comparar
unidades operadas en el rango de 2.0 a 4.0 m/h, inclusive; las eficiencias fueron registradas
cercanas a 50% para turbiedad y entre 80 y 905 para sólidos suspendidos. Para efectos de
dimensionamiento, este resultado fue motivar la utilización de las más altas velocidades en el
rango indicado; sin embargo, ante lo reducido del costo de esta unidad (oscila entre 5% y
15% del costo total de inversión inicial del sistema de tratamiento), no se recomienda seleccionar valores altos de velocidad, pues los costos no se incrementan substancialmente, pero
a cambio, el sistema gana flexibilidad en su operación.
5.1.4 Evaluación de las unidades de filtración gruesa
La evaluación comparativa de las unidades de filtración gruesa en los parámetros de
turbiedad y coliformes fecales se puede observar en las tablas 5.2 y 5.3 respectivamente,
donde se presentan las estadísticas descriptivas de estos parámetros para 4 velocidades de
filtración.
74
Comportamiento de la tecnología FiME
Tabla 5.2. Estadísticas Descriptivas de Turbiedad (UNT). Estudio de Tecnología FiME
en Plantas a Escala Piloto. Fase I Enero 1990 - Febrero de 1993. Estación de Investigación Cinara - Puerto Mallarino - EMCALI.
Velocidad del
FGDi
m/h (Días de
Operación)
Rango
n
(20, 750) 408
402
408
411
030
(2-195)
400
(20, 750)
(18,500)
0.45
(196-386)
(17,500)
0.60
(387-560)
(12, 900)
0.75
(561-770)
370
366
369
372
371
0.30
(39-195)
445
443
443
450
Media
<J
P90
Media
o
96
93
94
96
96
102
99
100
99
96
280
63
250
270
61
71
70
62
63
63
70
70
71
67
73
72
72
72
73
102
102
59
59
59
58
447
59
420
54
424
54
423
54
425
420
54
54
53
53
53
53
53
480
482
480
480
481
FG
FGDi
AGUA CRUDA
96
97
99
102
99
99
100
275
280
210
200
200
53
200
210
110
53
110
53
52
110
110
52
60
110
100
100
100
100
100
103
100
100
102
60
59
60
59
66
66
66
66
66
100
100
65
66
67
67
35
35
35
35
34
34
34
34
35
32
32
32
34
42
42
41
32
32
32
32
32
32
32
42
41
43
43
43
43
43
FGAS3
FGAC
FGMH3
FGH3
FGDS3
FGAS3
FGAC
FGMH3
FGH3
FGDS3
FGAS3
FGAC
FGMH3
FGH3
FGDS3
FGAS3
FGAC
FGMH3
FGH3
FGDS3
FGAS3
FGAC
FGMH3
FGH3
FGDS3
Media
O
10
18
11
18
18
15
11
14
9
14
11
11
19
19
18
16
12
10
14
15
8
7
15
12
13
10
7
7
8
9
7
14
11
9
7
17
13
7
8
8
13
11
16
13
6
9
9
17
6
10
Considerando las unidades de filtración gruesa, con igual longitud de lecho filtrante
(FGAS3, FGHS y FGDS3), las tablas 5.2 y 5.3 muestran valores promedio similares para el
FGAS3 y FGDS3, indicando que desde el punto de vista de calidad de agua, se puede optar
por seleccionar cualquiera de estos dos sistemas de filtración gruesa, con FGHS no sucede lo
mismo, pues los resultados fueron entre 1.5 y 1.8 veces más altos en turbiedad y entre 6 y 11
veces más altos en coliformes fecales que en FGAS3 y FGDS3.
Por lo tanto teniendo en cuenta estas unidades de filtración gruesa su orden selección
sería FGAS3 o FGDS3 y FGHS. Sin embargo, considerando facilidades de mantenimiento, es obvio que las unidades de flujo ascendente ofrecen ventajas, pues tienen la capacidad de acumular lodo en la parte inferior que puede ser drenado fácilmente mediante las
válvulas de apertura rápida conectadas al sistema de drenaje ubicado en el fondo de las
unidades
75
Tabla 5.3. Estadísticas Descriptivas de Coliformes Fecales UFC/100 mi). Estudio de
Tecnología FiME en Plantas a Escala Piloto. Fase I. enero de 1990 - Febrero de 1993.
Estación de Investigación Cinara - Puerto Mallarino - EMCAL1.
Velocidad
delFGDi
nVh(Díasde
Operación)
030
(2-195)
0.30
(39-195)
0.45
(196-386)
AGUA CRUDA
Rango
n Media
(6200,480000) 42
42
44
45
43
(6200,134000) 38
39
40
41
39
(2700, 95000) 54
54
53
54
54
(20000, 300000) 30
30
0.60
30
(387-560)
30
30
(11545,500000) 42
41
0.75
35
(561-770)
30
42
FG
FGDi
a
P90 Media
54000 74000 117000
55000 73000 117000
54000 73000 117000
54000 72000 117000
55000 73000 117000
43000 33000 95000
44000 33000 95000
43000 33000 93500
44000 32000 92000
44000 33000 95000
33000 22000 62000
33000 22000 62(XX)
30000 22000 60000
31000 23000 62000
31000 23000 60000
98000 74500 196000
98000 74500 196000
89000 67000 109500
89000 67000 109500
89000 67000 109500
100000 102000204000
100000 103000204000
98500 978001204000
119000 14000 245909
100000 102000245909
O
2800 35000
37000 67000
37000 67000
37000 66000
370(X) 67000
25000 30000
35000 69000
35000 69000
35000 66000
35000 68000
8900 8600
8900 8600
8000 7000
8000 7000
8000 7000
17000 22000
17000 22000
16000 22000
16000 22000
16000 22000
27000 31000
26000 31000
24000 31000
26000 34000
27000 31000
Media
O
122
376
912
299
184
105
351
857
211
145
45
448
504
79
38
64
637
732
123
61
260
1543
1643
129
299
242
353
688
368
199
248
355
658
182
149
51
754
430
80
32
48
546
575
163
31
410
1796
1964
148
469
FGAS3
FGAC
FGMH3
FGH3
FGDS3
FGAS3
FGAC
FGMH3
FGH3
FGDS3
FGAS3
FGAC
FGMH3
FGH3
FGDS3
FGAS3
FGAC
FGMH3
FGH3
FGDS3
FGAS3
FGAC
FGMH3
FGH3
FGDS3
En consecuencia, considerando medida de FGAS3 o FGDS3, los resultados del proyecto
Pretratamientos indican mejor comportamiento de la línea en FGAS3.
De esta parte, considerando unidades de FGAS3, FGH y FGHS, operando con velocidades de filtración de 0.70 m/h; se realizó un estudio comparativo que incluyó eficiencia
del tratamiento, comportamiento hidráulico y requerimiento de operación y mantenimiento. Los resultados de la eficiencia del tratamiento se indican en la tabla 5.4 donde de
muestra que para los tres parámetros evaluados, el orden de eficiencia es FGAS3, FGHS o
FGH.
76
Comportamiento de la tecnología FiME
Tabla 5.4. Eficiencia de Remoción para Unidades de Filtración Gruesa. FGAS3, FGHS
yFGH. Plantas Piloto.
Parámetro i
FGDi
FGH
FGAS3
FGHS
Promedio Promedio Eficiencia Promedio Eficiencia Promedio Eficiencia
±D.E.
(%)
± D.E.
± D.E.
±D.E.
(%)
(%)
Turbiedad (NTU) 54±56
ll±10
Sólidos
Suspendidos
48±49
1±2
Coliformes
Fecales
33815±23890 195±lll
CFU(lO()m )
80.0
18±16
66.7
17+15
68.5
97.9
3±4
93.8
3±5
93.8
99.4
1476±1326
95.6
1560+1756
95.4
Respecto al comportamiento hidráulico, basado en la aplicación del modelo del número
virtual de reactores completamente mezclados en serie para dosis continua de tra/ador (sal),
los resultados muestran que en el FGAS3 el número de reactores fue de 9 a 13, en el FGHS
de 6 a 12, y en el FGH convencional, de 3 a 5, indicando claramente que el comportamiento
hidráulico de FGAS3 y del FGHS es considerablemente mejor que el FGH
En cuanto a operación y mantenimiento, en términos del tiempo referenciado para lavado
mensual por metro cuadrado de área de filtración (horas-persona/m2), los resultados muestran que en FGAS3 requieren 1.35; el FGHS, 2.20 y el FGH, 1.39. Así mismo el volumen de
agua requerida para la limpieza mensual en el FGAS3 fue 2.2 m-Vm2; en el FGH de 3.4 mV
m2 y en el FGHS de 2.7 mVm2.
Los anteriores resultados indican que las unidades de flujo ascendente pueden ser una
mejor alternativa de pretratamiento que las unidades de flujo horizontal, para las condiciones
de la región Andina, dado que su utilización implica menores costos, tanto de inversión
inicial como de operación y mantenimiento. Sin embargo, dado que lo FGH presentan un
mayor volumen de almacenamiento y que sus eficiencias de remoción en términos de sólidos
suspendidos son muy similares a las obtenidas en los FGAS3, estas unidades podrían ser
utilizadas bajo contextos en los cuales, las fuentes de agua presenten altas concentraciones
de sólidos suspendidos durante varios días. También podrían tener aplicación en zonas de
emergencia, pues podrían excavarse zanjas sobre el terreno con longitudes similares a las de
un filtro grueso horizontal y rellenarse con grava de diferentes tamaños, según se recomienda en la literatura Wegelin (1986).
El comportamiento frente a la calidad del agua cruda del rio Cauca, del sistema de unidades FAGS3 operando a una velocidad de filtración de 0.45 m/h, se puede apreciar en las
figuras 5.6 y 5.7 donde se presentan las series de tiempo en sólidos suspendidos, turbiedad,
color real y coliformes fecales. Durante los días 66 a 178 de este período, se observa que la
turbiedad en el agua cruda osciló entre 20 y 1880 UNT, valores típicos de un período de
lluvia. Niveles altos de sólidos suspendidos también fueron registrados durante este período,
variando entre 33 y 813 mg/1. El desempeño de las unidades de tratamiento se ve afectado
por estos niveles, así el efluente del FGAS3 produjo turbiedades que superan la mayor parte
del tiempo las 10 UNT, con valores de sólidos 0.1 y 0.8 mg/1.
77
Figura 5.6. Funcionamiento de las lincas de tratamiento, incluyendo FGAS3 operando
con velocidad de filtración de 0.45 m/h, tratando agua cruda derivada del río Cauca.
Período de experimentación: Abril - Agosto de 1994.
Valores de turbiedad y sólidos suspendidos en los rangos mencionados anteriormente
pueden limitar no solamente la duración de las carreras de los filtros lentos, sino que también
afectan la eficiencia de remoción, en particular la relacionada con la actividad biológica.
Este efecto puede observarse en la figura 5.7 con los efluentes de coliformes fecales en el
filtro lento, los cuales variaron entre 0 y 231 UFC/100 mi durante los días de operación 68 a
107, correspondientes a un período de lluvia con las características de agua cruda indicadas
anteriormente. En contraste, durante el período de operación 107 a 178, la calidad física del
agua cruda mejoró, manifestándose en valores más bajos en el efluente del FLA, variando
entre 3 y 10 UNT y coliformes fecales efluentes en el filtro lento en el rango de 0 a 5 UFC/
100 mi, mejorando significativamente la calidad bacteriológica del agua producida.
loooob ,
1D0DO
1000 i
100 ;
ID -i
J:
135
m » M WHUCI0H
Figura 5.7. Funcionamiento de las líneas de tratamiento, incluyendo FGAS3 operando
con velocidad de filtración de 0.45 m/h, tratando agua cruda derivada del río Cauca.
Período de experimentación: Abril - Agosto de 1994.
5.1.5. Comportamiento de las unidades de filtración lenta en arena
Las unidades de filtración lenta, durante su arranque, presentaron un efecto de "maduración" como se aprecia en la figura 5.8 para el FLA de la línea que contiene FGAS3. De esta
manera, la calidad microbiológica del agua producida durante los primeros veinte días, pre78
Comportamiento de la tecnología FiME
sentó niveles de contaminación superiores a 10 UFC/100 mi. Sin embargo, después de este
período, el efluente presentó consistentemente niveles bajos de contaminación bacteriológica.
Este comportamiento es importante tenerlo en cuenta, ya que durante el período de maduración la desinfección debe ser aplicada rigurosamente; de igual manera, las medidas de vigilancia y control de la calidad del agua sí como la operación y mantenimiento deben ser
extremas.
10O00000
100000
1000
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Dias de Op«ration
Cruda
Integrada
FGAS
—
FLA
Figura 5.8. Remoción de Coliformcs fecales en la alternativa de pretratamiento FGAS3
durante el período Enero - Julio de 1991. Cali - Colombia.
En las tablas 5.5 a 5.8 se resumen los resultados de turbiedad, coliformes fecales, color real
y sólidos suspendidos obtenidas al evaluar la línea con filtración gruesa ascendente en serie de
tres etapas, para diferentes velocidades de operación. Las tablas incluyen por cada etapa de
tratamiento el rango de calidad de agua cruda, media, número de datos y el porcentil noventa;
también se incluye, para el efluente del FLA, la frecuencia de datos con turbiedad menor o
igual a 1 y 5 UNT; coliformes fecales menores o iguales a 3 y 25 UFC/100 ml y la frecuencia de
color real menor a 15 UFC.
La eficiencia en la remoción de turbiedad en la línea con FGAS estuvo al rededor del
80%, para todas las velocidades de filtración evaluadas. Las etapas de FGDi + FGAS3
remueven en conjunto entre el 80 y el 85% de la turbiedad presente en el agua cruda. Esta
combinación presenta eficiencias de remoción de sólidos suspendidos aún mayores a las
obtenidas en turbiedad, llegando hasta el 99%. Los valores obtenidos guardan armonía con
el concepto de multibarreras, según el cual, las etapas de FGDi y FGAS3 se orientan hacia la
eliminación del material grueso.
79
Tabla 5.5. Turbiedad (UNT) en unidades a escala técnica de investigación en la línea de tratamiento con filtración gruesa ascendente en serie.
Velocidad
de Filtración
(m/h)
días de
Operación
FGDi
AGUA CRUDA
Rango Media
0.45 (66-178)
0.45 (107-178)
1.0(179-250)
0.30 (215-402)
0.70(418-622)
20-1880
20-144
15-219
16-330
16-760
92
45
37
62
78
FLA
FG
N
P90
Rango Media
Rango Media
Rango Media P90 FREC(%)
<=1 <=5
239
131
131
251
321
207
76
62
134
155
14-1700 72
14-348 32
8.6-136 25
6-267 43
10-450 56
3-68
3.1-30
1.6-132
0.9-56
1.2-53
0.9-36
0.9-25
0.4-3
0.2-1.4
0.4-43
N: número de datos
13
6
5
7
12
FREC: frecuencia
5.5
2.2
2.0
2.0
4.0
14
3.1
2.2
5.0
7.0
74
98
100
91
79
1
2
17
46
9
90: Percentil 90
Tabla 5.6. Coliformes fecales (UFC/100 mi) en unidades a escala técnica de investigación en la
línea de tratamiento con filtración gruesa en serie.
Velocidad
de Filtración
FGDi
AGUA CRUDA
(m/h)
días de
Operación
Rango Media
0.45 (66-178)
0.45(107-178)
1.0(179-250)
0.30(215-402)
0.70 (418-622)
13800220000
13800170000
17000396000
36000209000
7300320000
N
P90
Rango Media
32 184000 9300224(H)
68000 20 130500 1000092000
116000 18 224000 81000163000
99000 40 186000 3700172000
86000 59 181000 2800137000
81000
N: número de datos
FLA
FG
48000
32000
81000
57000
42000
Rango Media
463600
463600
671630
5215
58402
Rango Media P90 FREC(%)
<=3 <=25
0231
05
03
023
081
265
278
192
44
169
10
7
75
99
1.0
4
90
100
1.0
3
100
100
2.0
3
93
100
6.0
18
69
95
90: Percentil 90
FREC.: frecuencia
Tabla 5.7. Color real (UPC) en unidades a escala técnica de investigación en la línea de tratamiento con filtración gruesa ascendente en serie.
Velocidad
de Filtración
(m/h)
días de
Operación
0.45 (66-178)
0.45 (107-178)
1.0(179-250)
0.30(251-402)
0.70(418-622)
AGUA CRUDA
FLA
FG
Rango Media
N
P90
Rango Media
Rango Media
33-344
33-98
32-119
28-257
24-322
41
27
30
140
90
95
142
172
25-300
25-85
28-316
25-225
24-267
3-154
3-38
9-53
2-99
4-140
88
68
63
82
93
N: número de datos
80
FGDi
65
77
82
64
57
70
79
FREC: frecuencia
34
22
23
23
33
Rango Media P90 FRFX (%)
<=15
2-42
2-16
4-29
2-39
2-52
90: Percentil 90
11
8.0
9.0
9.0
12
22
13
14
24
25
85
96
93
82
77
Comportamiento de la tecnología FiME
Tabla 5.8. Sólidos Suspendidos (mg/1) en unidades a escala técnica de investigación en la línea
de tratamiento que incluye como alternativa de pretratamicnto la filtración gruesa ascendente en
sene.
Velocidad
de Filtración
(m/h)
(Días de
Operación)
Rango Media
N
P90
Rango
Media
Rango
Media
0.45(66-178)
0.45 (107-178)
1.0(179-250)
0.30 (251-402)
0.70(418-622)
33-813
33-156
22-150
27-510
19-399
41
320
132
93
193
248
12-466
12-98
8-82
5-212
4-232
80
38
0.1-8
0.1-1
0.1-13
0.1-3.3
0.1-32
1.0
0.2
0.2
0.4
2.0
N: número de datos
FGIM
AGUA CRUDA
154
81
59
107
122
27
30
64
77
FREC: frecuencia
FG
25
41
51
90: Percemil 90
La combinación FGDi + FGAS reporta reducciones en coliformes fecales entre 2.6 y 3.2
unidades logarítmicas. En los filtros lentos las eficiencias varían entre 1.4 y 2.5, mientras
que en conjunto, el sistema FiMH presenta remociones entre 4.5 y 5.5 unidades logs, según
las características reportadas del agua cruda durante los períodos de evaluación.
En color real, la tecnología presentó remociones totales entre el 86% y ei 89%, con promedios en el agua cruda entre 63 y 93 UPC y promedios en el efluente del FLA, entre 8.2 y
12.0 UPC. La frecuencia de datos que presentaron valores menores o iguales a 15 UPC
estuvo entre el 77% y 96% para los diferentes períodos o velocidades de evaluación.
En turbiedad, aunque los promedios en el efluente estuvieron entre 2.0 y 5.5 UNT, éstos
pueden resultar inapropiados para la desinfección, ya que la frecuencia de datos con turbiedad menor a 1 UNT alcanza en el mejor de los casos, el 46%. Esta información contrasta con
las frecuencias de coliformes fecales, para las cuales el 95% del tiempo los datos presentan
menos de 25 UFC/100 mi. Esto parece indicar que a pesar de la existencia de valores de
turbiedad superiores a 1 UNT, la contaminación bacteriológica es baja, y por lo tanto la
desinfección podría ser aplicada de manera confiable.
De otra parte, parámetros como hierro y manganeso que limitan de una parte la aplicación de la filtración lenta en arena cuando la concentración es mayor a 1.0 mg/1 (Spencer et
al., 1991), y de otra la desinfección, cuando se encuentran en estado disuelto, fueron removídos significativamente en las líneas de tratamiento. Para las calidades de agua indicadas
previamente, las unidades de filtración gruesa presentaron efluentes en el rango de 0.17 y
1.01 mg/1 de hierro y entre 0.07 y 0.17 mg/1 de manganeso, mientras que los FLA presentaron promedios por debajo de 0.30 y 0.1 mg/1 respectivamente.
La alcalinidad bicarbonática no es removida en el sistema, aumentando ligeramente en el
filtro grueso y en el filtro lento, sin mayor alteración del equilibrio ácido carbónico-bicarbonato del agua; por lo tanto, no se presentan variaciones apreciables de pH, conservándose
ligeramente arriba de la neutralidad, con valores entre 7.1 y 8.0.
Estos resultados muestran que aunque la combinación de filtración gruesa en dos etapas
con filtración lenta en arena, logra potencializar el uso de esta última tecnología de tratamiento, en el caso de fuentes superficiales con alto grado de contaminación y en particular
con niveles de sólidos suspendidos elevados (> 100 mg/1), se debe mirar críticamente la
81
selección de las barreras de tratamiento y recomendar y ser coherente con el tipo de riesgo
existente y su variabilidad en el tiempo. En algunas circunstancias es preferible estudiar la
viabilidad técnica que puedan presentar otras fuentes de abastecimiento; cuando la incertidumbre sea alta ó cuando se disponga de buena experiencia con la tecnología FiME, es
recomendable realizar estudios a nivel piloto antes de implantar una solución.
5.2 EXPERIENCIAS CON PLANTAS FiME QUE UTILIZAN FUENTES
SUPERFICIALES DE LADERA
En Colombia y particularmente en la región del Valle del Cauca, se encuentran operando
más de 50 plantas de potabilizado» de agua, que utili/.an FiME como sistema de tratamiento.
Estas vienen siendo administradas, operadas y mantenidas por las comunidades beneficiadas
a través de Empresas Prestadoras de Servicios, con el apoyo de organizaciones del sector y
entidades no gubernamentales de la región.
En el marco de los convenios de Cinara y en desarrollo de proyectos específicos, se
realizó por un tiempo superior a seis años, el seguimiento de siente sistemas de FiME ubicados en la región del Valle del Cauca, dos de ellos al norte del departamento y los restantes al
sur de la ciudad de Cali-Colombia, cuya localización geográfica fue presentada en la figura
5.1.
Los sistemas ubicados al norte del Valle, Ceylan y la Marina, son abastecidos por fuentes
superficiales con bajo grado de intervención humana, mientras que las plantas localizadas en
la zona sur de Cali, el Retiro, Cañas Gordas. La Rivera, Shaloom y Colombo, tratan agua de
una misma fuente superficial, el río Pance; sin embargo, las obras de captación en cada caso
han sido construidas sobre diferentes derivaciones del río, que en su recorrido hasta el sitio
de la planta de tratamiento, presentan niveles de riesgo diferentes. La temperatura ambiental
promedio en los sistemas ubicados al norte del Valle es de 18°C , mientras que los ubicados
al sur de Cali están sometidos a una temperatura promedio de 24°C, con variaciones de mas
o menor 10°C, para ambos casos.
El río Pance presenta un grado de intervención humana moderadas y su cuenta es utilizadas como receptora de aguas de infiltración efluentes de minas de carbón, con altas concentraciones de hierro y manganeso. La fuente también es utilizada como sitio de recreación por
loa habitantes de la ciudad de Cali.
Todos los sistemas de tratamiento evaluados incluyen un FGDi, con excepción de las
plantas Ceylan, La Marina y la rivera, un filtro grueso ascendente en capas o en serie con dos
o tres etapas y filtración lenta en arena como tratamiento final. Previo al almacenamiento, se
aplica la desinfección con hipoclorito de sodio como barrera de seguridad.
La planta El Retiro inicialmente operó con un desarenador previo al filtro grueso; sin
embargo a partir de 1992, parte de esta unidad fue transformada en un FGDi. En 1995, el
sistema de tratamiento se amplió de 101/s a 201/s, y se construyeron dos unidades nuevas de
FGDi, dos FGAC y dos FLA. Una descripción general de los sistemas se presentan en la
tabla 5.9.
82
Comportamiento de la tecnología FiME
Tabla 5.9. Descripción general de las plantas de tratamiento FiME a escala real.
Planta
de
Tratamiento
Caudal
de
Diseño
Ceylan
La Marina
Cañas Gordas
9.6
7.9
8.6
El Retiro
20.0
Colombo
0.7
Shalooni
La Rivera
1.0
3.0
Filtro Lento en Arena, FLA
Unidades
Vf
en paralelo (m/h)
Sistema de Pretratamiento
Tipo Vf (m/h) Medio Filtrante
Tamaño ongitud
(m)
(mm)
FGAS2
FGAS3
FGDi
FGAS2
FGDi
FGAC
FGDi
FÜAC
FGDi
FGAC
FGAC
0.75
0.90
1.5
0.67
1.50
0.60
1.5
0.60
1.50
0.60
0.60
25-3
20-6
25-7
25-3
25-7
25-4
25-13
25-4
25-6
25-3
25-4
2.0
1.8
0.6
2.0
0.6
1.0
0.6
1.2
0.6
1.5
1.2
2
2
3
0.14
0.16
0.16
4
0.15
2
0.11
2
0.15
2
0.15
Los sistemas a escala real del norte del Valle incluyen un desarenador previo al sistema de
tratamiento, que permite controlar el ingreso de partículas discretas. Estos sistemas fueron
construidos entre 1987 y 1989, por lo cual no se beneficiaron de los desarrollos más recientes
alcanzados en la tecnología de FiME. En este sentido, los sistemas Ceylan y La Marina, presentan estructuras de filtración gruesa en serie de dos y tres etapas respectivamente, las cuales
para el nivel de riesgo existente en la fuente de abastecimiento, representan mayores costos de
inversión inicial que los necesarios.
El sistema de la Rivera cuenta con un lago previo al sistema de tratamiento, el cual cumple la función de mejorar la calidad del agua, retener partículas discretas y garantizar el
abastecimiento de agua cruda durante el periodo seco. Los filtros dinámicos no fueron incluidos en el diseño de este sistema de tratamiento, tomando en consideración el efecto sobre
la calidad del agua cruda que produce el lago.
La planta de tratamiento de Cañas Gordas abastece una comunidad de altos ingresos;
cuenta con un filtro dinámico, el cual fue inicialmente operado con velocidad de filtración de
10.2 m/h, generando carreras de filtración cercanas a 24 horas, causando problemas de operación y mantenimiento. A mediados de 1997 se inició la construcción de dos unidades de
FGDi nuevas, las cuales operan, cada una, con una velocidad de filtración de 15 m/h.
La derivación del río Pance abastece el sistema de tratamiento del Colombo, presenta una
alta contaminación bacteriológica, la cual se ha incrementado de un promedio de 25100
UFC/100 mi en 1991 a 95890 UFC/100 mi en 1996. Este sistema abastece una comunidad
estudiantil de la zona.
El desempeño de los sistemas de tratamiento en la remoción de turbiedad se presenta en
la tabla 5.10 El agua cruda de las plantas de tratamiento abastecidas por el río Pance presentó
turbiedades que estuvieron por debajo de 32 UNT en el 90% de las muestras analizadas,
mientras que al norte del Valle las fuentes de abastecimiento presentaron turbiedades con
valores menores a 9 UNT en el 90% de veces. En la misma zona norte, la planta de tratamiento de La Marina posee uno de los valores más bajos de turbiedad en el agua cruda, y
quizá el sistema de pretratamiento más robusto; características del filtro grueso construido,
el cual posee material filtrante más grueso y velocidad de filtración mayor, comparado con
otros proyectos.
:••
83
En general, los efluentes de los sistemas de tratamiento presentaron turbiedades promedio menores a 1 UNT, lo cual es considerado apropiado para aplicar la desinfección terminal
de manera confiable.
La Tabla 5.10 muestra la variación de los conformes fecales a través de cada una de las
etapas de tratamiento y por cada proyecto construido a escala real. Las fuentes de abastecimiento presentaron gran variación en el contenido de coliformes fecales, siendo menor la
contaminación en los sistemas del norte del Valle y mayor en la planta del colegio Colombo,
fis importante resaltar que las mayores eficiencias remocionales se alcanzaron en aquellos
sistemas con niveles de contaminación más altos. Este hecho implica que las barreras pueden volverse más efectivas si el agua cruda presenta un mayor riesgo y aún así, producir un
efluente con bajo riesgo sanitario. Por ejemplo, el sistema de tratamiento de Ceylan, con una
concentración promedio de 2.5 unidades logarítmicas, mientras que el Colombo con una
agua más contaminada, 44556 UFC/100 ML de coliformes fecales, promedio, logra concentraciones promedio de 1.0 UFC/100 mi.
Tabla 5.10. Variación de la Turbiedad (UNT) en sistemas de tratamiento FiME, operados a
escala real.
PLANTA
Ceylan
La Marina
Cañas Gordas
El Retiro (KiDi)
El Retiro (Desa,)
Colombo
Shaloom
La Rivera
AGUA CRUDA
Rango Media N
P90
114
110
112
153
85
219
31
42
4
9
29
32
25
30
6
14
0.6- 15
0.5- 112
2.0 - 75
3.2 - 120
4.0- 180
2.8- 122
0.6- 15
1.5-30
2.8
6.0
13.0
15.0
14.0
15.0
3.3
6.5
FGDi
Rango Media
*
29-98
2.0- 150
3.0- 150
1.4-62
0.4- 18
1.4- 10
*
*
11
7.6
13.0
6.5
2.5
4.0
FG
Rango Media
0.1 - 6.0
0.2 -63
2.3 -87
1.2 • 3 0
1.2 - 19
1 -51
0.3 - 5
0.4- 3.5
0.8
3.0
6.0
4.6
4.4
4.5
1.6
1.7
N: Número de datos
FREC: frecuencia
* No tiene FGDi
** Sedimentador
FLA
Rango 1VIedia P90
<=1
0.1 -6.0 0.4
0.6
0.9 - 8.6 1.0
1.9
0.1 -4.1 0.8
1.3
0.2-12.0 0.8
1.3
0.1 -2.7 0.7
0.9
0.2 - 3.7 0.5
0.9
0.4 - 2.0 0.6
1.0
0.1 -3.3 0.8
1.6
FREC.(%)
<=S
98 99
65 98
84 100
86 99
91 100
93 100
97 100
69 100
Desa: Desarenador
P90: Perccntil90
Tabla 5.11. Coliformes fecales (UFC/100 mi) en sistemas de tratamiento FiME, que son operadas a
escala real.
46- 1920
30 - 35700
260 - 56000
332 110
817 103
4870 111
610
1050
11600
*
*
120-95000 4409
FLA
FG
Rango Media RangoMedia P90FREC.(%)
<=3 <=25
4-382
50 0-24 1.0
3 95 100
0- 1250 139 0-29 2.0
4 84 99
3 92 100
14-3670 418 0-11 1.0
140-162000
7416 168
11400
80-11800
8- 11800 358 0-85
1.3
1
85
98
24-2000
24 - 48400
26-1020
4-491
1.8
1.0
2.2
0.2
3
2
6
1
91
94
74
100
97
99
100
100
Rango
PLANTA
Ceylan
La Marina
Cañas Gordas
El Retiro
(FGDi)
El Retiro
(Desa.)
Colombo
Shaloom
La Rivera
AGUA CRUDA
Media N
240 - 69500 5896 85
800 - 470000 44556 219
200 - 3300
2765 31
370-23100 4250 43
* No tiene FGDi
** Sedimentador
P90
FGDi
Rango
Media
*
3150
10200 80 - 62800 4726
97000 210- 193000 8051
7000 138- 10900 2228
65000 70- 19300 1027**
N: Número de datos
FREC: frecuencia
84
1
312
1837
155
68
0-92
0-17
0-17
0-2
Desa: Desarenador
P90: Percentil90
Comportamiento de la tecnología FiME
El desempeño de los sistemas de tratamiento en remoción de color real se presenta en la
tabla 5,12. el color en las fuentes de abastecimeinto evaluadas, al igual que en los parámetros
presentados anteriormente, es menor en las fuentes del norte del Valle, siendo los valores
más elevados en el río Pance, los cuales superan los límites reportados en la literatura para su
tratamiento por FLA; sin embargo, todos los sistemas de filtración gruesa logran en promedio reducir el color a valores que pueden ser tratados por FLA, los cuales a su vez producen
efluentes con valores promedio de color menores a 4.0 UPC.
Tabla 5.12. Variación del Color Real (UFC/100 mi) en sistemas de tratamiento FiME, que son
operadas a escala real.
PLANTA
Rango
Ccylan
La Marina
Cañas Gordas
Kl Retiro (FGDi)
HI Retiro (Desa.)
Colombo
Shaloom
1.a Rivera
2-21
2-116
3-40
2 - 188
4-100
3-122
4-27
3-54
AGUA CRUDA
Media N
* No tiene KGDi
** Sedimentador
5.4
7.0
20.0
24.0
19.0
24.0
12.0
15.0
114
111
113
152
74
243
32
42
P90
9
12
39
45
36
42
24
25
FGDi
Media
Rango
#
*
3-70
2- 158
2-70
2- 107
3-34
2-25
*
*
19.0
20.0
17.0
19.0
10.0
2.0
FLA
FG
Rango Media RangoMedia P90FREC.(%)
<=15
2-21
4.0
2 - 8 3.0
5
100
2- 103
5.5
2 - 16 3.0
5
98
2-61
15.0
2 - 12 3.3
6
100
2-38 4.4
g
99
2- 158 15.0
2-55
14.0
2 - 16 4,0
7
99
2- 107 15.0
2- 13 4.0
8
100
7.4
2 - 7 4.0
7
100
3-34
2 - 12 4.0
8
100
2 - 19
7.5
N: Número de datos
FREC: frecuencia
Dcsa: Desarenado!"
P90: Percentil90
Los resultados de la evaluación en los sólidos suspendidos se presenta en la tabla 5.13.
Los valores promedio en el agua cruda presentaron la misma tendencia que en los parámetros
anteriores, siendo menores para Ceylan y La Marina y más elevados para el río Pance. Los
sistema de filtración gruesa presentaron concentraciones efluentes de sólidos suspendidos
promedio entre 0.2 y 2.8 mg//L y los filtros lentos produjeron concentraciones menores de
0.1 mg/1; sin embargo este valor no fue establecido con exactitud, dadas las limitaciones del
método de medición para determinar bajas concentraciones efluentes, como las aquí reportadas.
Tabla 5.13. Variación de Sólidos Suspendidos (UPC) en sistemas de tratamiento FiME,
operados a escala real.
PLANTA
Ccylan
La Marina
Cañas Gordas
El Retiro (KGDi)
El Retiro (Desa.)
Colombo
Shaloom
La Rivera
* No tiene FGDi
** Sedimentador
AGUA CRUDA
N
Rango Media
0.1 -34 2.8
0.1 -384 9.1
0.1 - 126 12.4
0.2-316 20.6
0.2 - 46 9,4
0.1 -392 23.0
1,9
0.1-11
0,1 -42 4.6
84
81
71
146
53
182
31
36
P90
5.5
12.8
32.0
4.0
27.0
42.0
4,8
8.8
N: Número de datos
FREC: frecuencia
FGDi
Rango Vledia
k
0.1 - 105
0.1 -64
0.1 -44
0.1 -45
0.1 7.0
0.1 5.9
*
*
12.2
4.6
8.3
3,2
0.9
2.1
Rango
FG
Media
0.1 -5.6
0.1 -34
0.1 -54
0.1 -27
0.1 -27
0.1 -35
0.1 -1.0
0.1 -1.1
0.3
1.6
2.8
1.1
2.4
1.4
0.2
0.3
Dcsa: Desarcnador
P90: Percent¡190
85
Las bajas concentraciones de sólidos suspendidos en el efluente de filtros gruesos, guardan armonía con las duraciones de carrera promedio en los filtros lentos, las cuales varían
entre 178 y 46 días, correspondiendo, la más alta a Ceylan y la más baja a La Marina. Esta
última planta, además de presentar uno de los efluentes del filtro grueso con mayor nivel de
sólidos suspendidos, también presentó un gran crecimiento de algas, factores que podrían
justificar la corta duración de las carreras. En la tabla 5.14 se presentan las duraciones de
carrera promedio en las unidades de filtración lenta de los sistemas evaluados.
Tabla 5.14. Duración de carrera de los sistemas FiME a escala real, según información
colectada en el período Octubre de 1990 a Junio de 1996.
Planta a
escala real
Ceylan
La Marina
Cañas Gordas
El Retiro
Colombo
Shaloom
La Rivera
5.3
Duración de Carreras (días)
Promedio Mínimo Máximo
178
46
85
92
92
82
90
lí
I
95
14
44
45
71
51
90
233
76
120
165
159
130
143
LA APLICACIÓN DE FiME
V
Los resultados de los sistemas a escala real muestran el potencial de la tecnología FiME
en la reducción de riesgo fisicoquírnico y bacteriológico, siendo la calidad del agua tratada
acorde con las recomendaciones de WHO (1996) para contar con desinfección confiable,
utilizando bajas y constantes dosis de cloro. Sin embargo, claramente se observa que la
tecnología no es la panacea y también presenta limitaciones, particularmente con niveles
altos de contaminación, por material suspendido, generando que el agua efluente no siempre
presente la calidad deseable para ser desinfectada.
La tecnología con fuentes superficiales de baja o moderada contaminación, como la que
se presenta en las fuentes que abastecen las plantas a escala real evaluadas, parece ser una
alternativa confiable para el mejoramiento de la calidad del agua. Sin embargo, el usar
fuentes superficiales altamente contaminadas como el Río Cauca, puede presentar dificultades para su tratamiento, en cuyo caso se recomienda realizar un estudio a nivel de planta
piloto antes de tomar una decisión sobre el uso de FiME o cambiar de fuente de suministro.
86
6. COSTOS DE PLANTAS FiME
6.1
PRESENTACIÓN
Tener acceso a herramientas que permitan obtener fácilmente y en forma aproximada los
costos de potábilización del agua, es de gran utilidad para las instituciones y profesionales
vinculados con la toma de decisiones en campos asociados con planificación, diseño, financiación, construcción, administración, operación y mantenimiento de los sistemas de tratamiento de agua.
El conocimiento de los costos asociados a una tecnología a través de su vida útil, es un
aspecto clave a considerar en la selección de tecnología, fínanciamiento de obras, identificación e implementación de tarifas, definición del manejo del sistema de tratamiento y sobre
todo, la inclusión de la comunidad o de las instituciones en la toma de decisiones. Entre los
factores que han limitado el aprovechamiento de la tecnología FiME, se encuentra la falta de
información debidamente sistematizada y validada sobre costos, tanto de inversión inicial
como recurrentes envueltos en la administración, operación y mantenimiento. Esta carencia
de información ha impedido realizar estudios comparativos entre FiME y otras opciones
tecnológicas de tratamiento, así como también, entre varias combinaciones posibles de los
componentes de la filtración en múltiples etapas.
En este capítulo se presenta un procedimiento que permite estimar de manera ágil los costos
totales de un sistema de tratamiento por filtración en múltiples etapas. Esta estimación se
realiza teniendo en cuenta el suministro de información básica sobre precios unitarios de materiales, como el requerimiento de los mismos y de mano de obra en la zona del proyecto. Para
determinar los costos de cada alternativa FiME en estudio, se han derivado modelos que permiten estimar cantidades de obra en los ítems de mayor incidencia en los costos de construcción.
También se suministran criterios para estimar tiempo y personal requerido para las labores de
operación, mantenimiento y administración. Finalmente, se incluyen consideraciones sobre la
distribución porcentual del costo, el efecto de economía de escala y el impacto de los costos
sobre las tarifas del servicio de abastecimiento de agua, cuando se mejora su calidad.
6.2
ANTECEDENTES
La falta de información documentada sobre costos de los sistemas de tratamiento de agua
para consumo humano, es un aspecto crítico, especialmente aquellos que abastecen a pequeños y medianos municipios y comunidades rurales. A principios de los 80's Arboleda et al
(1982) compararon los costos de inversión inicial de plantas convencionales de tratamiento
construidas en los Estados Unidos con las de América Latina, para capacidades entre
0.025 mVs y 4.0 mVs. Esta publicación muestra reducciones significativas de costos, como
resultado de innovaciones en la adaptación de la tecnología a las condiciones de América
Latina.
En Colombia, el Instituto Nacional de Fomento Municipal, desarrolló un modelo para
predecir los costos de inversión inicial en los sistemas convencionales de tratamiento de
agua para consumo humano que incluyen procesos de mezcla rápida, coagulación, floculación,
sedimentación, filtración, desinfección y acondicionamiento de pH (INSFOPAL, 1982). A
partir de información generada por las empresas de agua adscritas al Instituto, se desarrollaron tres modelos para diferentes regiones de Colombia. Estos modelos se limitaron a cauda-
les inferiores a 2600 mVdía y fueron expresados en función de la capacidad de la planta, tal
como se indica a continuación:
C= 100003 Q- ü52
C= 829810 Q 0 4 9
C= 1056107 0 o "
Contexto Nacional
Zona Norte
Zona Centro-Sur
Donde,
•
r = - 0.40
r = -0.33
r = -0.49
C= Costos de construcción, Pesos colombianos $/mVdía( 1982)
Q= Caudal, mVdía
r= Coeficiente de correlación.
'
•
'
•
'
•
••
•
••
.
m
Aunque el país fue dividido en dos grandes regiones, zona norte y zona centro sur, el
modelo obtenido fue poco confiable debido a la gran dispersión de los datos y al hecho de
que en cada región estudiada existen sectores con grandes variaciones en costos unitarios,
mano de obra y condiciones socioeconómicas y culturales.
Cinara con el apoyo del IRC desarrolló en 1988, con base en experiencias de proyectos
de demostración construidos a escala real en la zona de ladera del Valle del Cauca, modelos
de costos de unidades de filtración lenta en arena (Cinara, 1989; Galvis, et al 1988). El
estudio incluyó modelos para estimar el volumen y los costos de construcción de sistemas
FLA, con caudales entre 21/s y 301/s usando velocidades de filtración de 0.15 m/h. También
se estudió el efecto de la economía de escala y de la altura del filtro lento, sobre los costos de
inversión inicial. De manera preliminar también se incluyeron los costos de las unidades de
pretratamiento, los cuales fueron estimados en un 75 % de los costos de FLA. Esta estimación se basó en los primeros experimentos a escala real desarrollados en Colombia con la
tecnología de pretratamiento. Los modelos de costos resultantes aplicados para sistemas
FLA, operando a 0.15 m/h con áreas superficiales entre 48 y 720 m2 fueron:
C= 0.2801 A M 5 "
C=4.2166Q()-8533
Donde,
C = Costo de construcción, en miles de US$
A = Area de filtración, m2
0 = Caudal, en 1/s
Para la comparación entre los sistemas de filtración lenta en arena con pretratamiento y
las plantas convencionales, en el marco del estudio Cinara/IRC, en 1988, se utilizó el estudio
del INSFOPAL para la zona centro-sur del país, con las limitaciones anteriormente mencionadas. Esta comparación indicó que, considerando solo inversión inicial, los sistemas de
filtración lenta en arena con pretratamiento son más favorables que los sistemas convencionales hasta un caudal de 6000 mVdía (701/s), con el cual se puede abastecer a una población
de 40000 habitantes con una dotación de 1501/hab/día.
Estudios comparativos entre sistemas de filtración lenta en arena y sistemas convencionales de tratamiento de agua, realizados en la India y reportados porParamasivan (Sundaresan,
1982; Paramasivan, 1983), indican que la filtración lenta en arena resulta más económica, en
términos de inversión inicial, que los sistemas convencionales hasta caudales cercanos a 50
88
.
1
.
Costos de plantas FiME
1/s. Cuando se consideran aspectos de operación y mantenimiento, para un período de diseño
de 15 años, este punto de equilibrio se incrementa a 286 1/s, permitiendo abastecer a una
población de 350000 habitantes con una dotación de 70 1/hab/día. El modelo obtenido para
costos de inversión inicial fue el siguiente:
C = 0.1321 A 0 8 6
Donde,
C = Costo de Construcción, en miles US$ en 1982
A = Area total del lecho filtrante, m2
En cuanto a costos de operación, mantenimiento y administración, han sido escasos los
estudios realizados, contándose sólo con algunas referencias recientes relacionadas con sistemas convencionales de tratamiento.
6.3
CARACTERÍSTICAS DE LOS COSTOS
La consecución de información confiable es una de las dificultades que limita tanto la adecuada formulación del modelo de costos como su utilidad práctica. De otro lado, la gran cantidad de variables que inciden en el costo de un sistema de tratamiento, dificultan la formulación de un planteamiento general. Entre los principales factores que afectan el costo de inversión inicial se pueden indicar, entre otros:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Caudal
Tipo de planta (tipo de tecnología)
Criterios de diseño
Costo de materiales (locales e importados)
Costo de mano de obra (local e importada)
Localización geográfica
Transporte
Condiciones climáticas
Nivel de competencia entre firmas constructoras
Costo del diseño
Entre los factores que inciden en el costo de administración, operación y mantenimiento
se destacan los siguientes:
•
•
•
•
•
•
•
Número de usuarios
Costo de mano de obra
Costo de materias primas (locales e importadas)
Costo de equipos (locales e importados)
Requerimiento de mantenimiento
Costo de energía eléctrica
Normas de calidad a cumplir
Sin embargo, no resulta práctico incluir todos estos factores dentro de un modelo de
costos. Para un sistema de tratamiento en una región determinada, y para una tecnología de
tratamiento en particular, se puede plantear el siguiente modelo para la componente de inversión inicial (costos de construcción):
89
C = aQ"
(6-1)
o
Ln C = Ln a + bLn Q
(6-2)
Donde:
C = Costos de construcción
Q = Capacidad de la planta de tratamiento
a, b = Coeficientes
•
En las ecuaciones (6-1 ) y (6-2) el valor de la constante "a" corresponde al costo de una
planta con capacidad igual a la unidad. El valor de "b", generalmente inferior a la unidad,
permite visuali/.ar la economía de escala. A medida que este valor tiende a uno (1.0) la
economía de escala es menos significativa y por consiguiente, existirá menor reducción en el
costo unitario con el incremento en el tamaño de la obra.
En cuanto al cálculo de ios costos de administración, operación y mantenimiento, en el
caso de sistemas FiME, las experiencias a nivel de plantas piloto y escala real, indican que la
componente más importante corresponde a los requerimientos de personal.
6.4
ESTIMACIÓN DE LOS COSTOS EN FiME
6.4.1 Criterios básicos
Teniendo en cuenta la gran cantidad de factores que inciden en los costos de construcción
de un sistema de tratamiento, un modelo de costos solo es aplicable a la región para la cual
son válidos los costos unitarios de materiales y mano de obra, utilizados en la elaboración
del presupuesto de obra correspondiente. Es así como resulta más útil tomar como base, la
relación entre cantidad de obra de los ítems de mayor incidencia en el costo de construcción
y el caudal del sistema de tratamiento. Para el caso de FiME, al definir la velocidad de
filtración y para un caudal determinado, se puede expresar la relación en términos de área de
filtración por cada componente del sistema.
Al evaluar opciones constructivas de FiME con diversos materiales y en diferentes regiones de Colombia, se identifica por ejemplo, que al construir una planta de tratamiento en
concreto reforzado, los componentes de mayor peso en el costo de construcción, corresponden al concreto, hierro de refuerzo, grava, arena, excavación, caseta y válvulas. Estos elementos en conjunto representan generalmente cerca del 80% de los costos directos de construcción. El 20% adicional se distribuye entre costos de terreno, cerramiento, iluminación,
andenes, tuberías, accesorios y otros.
Los costos de materiales, incluyendo desperdicios, sumados a los costos de mano de
obra, constituyen los costos directos de construcción. Este valor, afectado por las componentes de administración, imprevistos y utilidad (AIU) del proyecto, determinan el costo
total de la obra.
Consecuente con lo anterior, al definir los modelos requeridos para determinar cantidades de obra, por cada uno de los ítems de mayor peso, se pueden estimar fácilmente los
costos directos de construcción, con base en los costos unitarios locales. Los costos recurrentes pueden ser calculados tal como se indicó en el ítem 6.3. La figura 6.1 ilustra el aprovechamiento de grava y arena local, materiales que en algunas regiones pueden representar
un valor .significativo dentro de los costo.s directos de construcción.
90
Costos de plantas FiME
i* y'
Figura 6.1. Explotación artesanal de grava y arena. Materiales básicos para el tratamiento FiME. Río Cauca, corregimiento El Hormiguero, Cali, Colombia, 1997.
6.4.2 Modelos de cantidades de obra
Supuestos básicos
En este ítem se presentan los modelos de cantidades de obra asociados a los costos de
construcción de plantas de tratamiento FiME, los cuales han sido desarrollados con base en
los siguientes supuestos:
•
Los caudales a estudiar han sido definidos entre 2 1/s y 25 1/s, dados los tamaños
poblacionales de nuestros asentamientos rurales, y de pequeños y medianos municipios. Para generar la información requerida por los modelos de cantidades de obra, para
cada una de las opciones de tratamiento, se realizaron diseños típicos hidráulicos y
estructurales para caudales de 2 1/s, 8 1/s, 15 1/s y 25 1/s, usando los criterios de diseño
indicados en la tabla 6.1.
Tabla 6.1. Criterios de diseño para el dimensionamiento de cada uno de los componentes de FiME. Información básica para determinar los modelos de cantidades de obra.
Componente FiME
Criterio de Diseño
FGDi
FGAC
0.60
1.2
FGAS2
2.4
FGAS3
Longitud del medio filtrante (m)1"
Altura del filtro (m).
Incluye borde libre
Número de unidades en paralelo
Velocidad de filtración (m/h)
Número de unidades en serie
3.6
FLA
1.05
0.80
2
2
1
1.4
2-4
0.6
1
1.4
2-4
0.6
2
1.4
2-6
0.6
3
2.15
2-8
0.15
1
(1) Incluyendo lecho de soporte
91
•
1
Aunque la longitud del medio filtrante es función del nivel de riesgo a tratar, para
efecto de determinar los modelos de cantidad de obra, se han empleado los valores
máximos de longitud de medio filtrante, en cada componente FiME , según se indica
en los capítulos 8, 9 y 10.
• Las investigaciones realizadas por Cinara muestran las siguientes alternativas de tratamiento FiME:
FGDi + FLA;
FGDi + FGAC + FLA;
FGDi + FGAS2 + FLA;
FGDi + FGAS3 + FLA.
• Las válvulas han sido incluidas sobre la base de las especificaciones requeridas para
cada unidad de tratamiento respecto a tamaño y número (anexo 3). Tanto las válvulas,
accesorios y tuberías rccolectoras o difusoras (múltiples), se especifican con base en
una tasa de lavado de 15 m/h para filtros gruesos dinámicos y 20 m/h para filtros
gruesos ascendentes.
• Para efectos del cálculo estructural, las unidades de filtración se consideran enterradas o semienterradas, adoptándose una capacidad portante mínima de 1.8 Kg/cm2.
• Se estima que el 80% de los costos directos corresponden a: excavación; concreto o
manipostería, grava y arena; acero de refuerzo; caseta y válvulas. El 20% adicional
incluye otros costos especificados en el ítem 6.4.1. Tal distribución de costos puede ser
diferente en algunas zonas geográficas, debido al peso que pueden implicar los costos
del material filtrante y del terreno donde se construirá la planta de tratamiento. Bajo
estas circunstancias, el modelo propuesto debe ser ajustado.
Formulación de los modelos
Con base en los supuestos básicos presentados previamente, se desarrollaron ecuaciones
que relacionan las cantidades de obra de los ítems de mayor incidencia en los costos directos,
con el área de filtración de cada componente FiME. Estos modelos han sido obtenidos a
partir de información generada para plantas diseñadas con caudales entre 2 1/s y 25 1/s,
utilizando como alternativas de construcción, concreto reforzado y manipostería en ladrillo.
Los resultados obtenidos con coeficientes de correlación superiores a 0.95, permiten estimar
cantidades de obra, las cuales son presentadas en las tablas 6.2 y 6.3 y en el anexo 3, donde
se incluyen los requerimiento de válvulas.
Las áreas requeridas por cada planta FiME han sido expresadas en función del caudal,
según se indica en las ecuaciones 6-3; 6-4; 6-5 y 6-6, para valores entre 2 1/s y 25 1/s. El tipo
de ecuación a utilizar está asociado con el nivel de riesgo en la fuente, así por ejemplo, a
mayor nivel de contaminación, mayor número de etapas de tratamiento y por consiguiente,
mayor área requerida para un mismo caudal a tratar.
FGDi + FLA
FGDi + FGAC + FLA
FGDi + FGAS2 + FLA
FGDi + FGAS3 + FLA
Donde,
92
:
:
:
:
A = Arca, en m2
Q = Caudal, en 1/s
A = 210.76 QOfiO
A = 220.66 Q062
A = 241.41 Q063
A = 263.39 Q06;<
(6-3)
(6-4)
(6-5)
(6-6)
Costos de plantas FiME
Tabla 6.2. Modelos para estimar canlidad de obra, expresados en función del área de filtración (A)
de cada componente de los ítems con el peso más alto en los costos de construcción de plantas
FiME. Concreto reforzado. Caudales entre 2 1/s y 25 1/s.
Componente
ítem
Excavación (m 3 )
Concreto (m ! ) 3000 psi
Grava (m1)
Arena (in3)
Acero de refuerzo (Kg)
487.88
Manipostería (m 2 )
Cubierta (rti2)
Caseta
FGAS2
FGAS3
FIA
A: (24 y 300) m 2 A: (36 y 450) m 2 A: (48 y 600) m 2 A: (19 y 167) ni2
FGDi
A:(3.6y45)m 2
FGAC
A:(12yl50)m2
9.24 A1'*1
7.75 eWMA
0.60 A
1.71 A + 1 3 . 8 7
0.32 A + 5.32
1.05 A
1.74 A + 9.38
0.33 A + 9.20
1.05 A
1.73 A + 1 2 . 8 7
0.33 A + 13.42
1.05 A
466.19 e° WA
821.88
24.03 A +
1200.50
25.02 A +
1713.60
24.51 A +
5.52 A™
0.27 A + 19.20
0.25 A
0.80 A
20.26 A +
0.14 A1"5
0.47 A!"12
50.3 A04»
5.22 A'1-*
2.20 A™
Tabla 6.3. Modelos para estimar cantidad de obra de los ítems de mayor peso en los costos de
construcción de plantas FiME. Expresados en función del área de filtración (A) de cada componente. Concreto reforzado o manipostería en ladrillo. Caudales entre 2 1/s y 25 1/s.
ítem
Componente
FGDi
FGAC
FGAS2
FGAS3
FLA
Caseta
2
A: (3.6 y 45) m 2 A: (12 y 150) m2 A: (24 y 300) m A:(36y 450) m 2 A: (48 y 600) m 2 A: (19 y 167) m1
Excavación (m1)
9.24 A"'61
Concreto (m1) 3000 psi 0.35 A + 3.13
Grava (m ! )
0.60 A
Arena (m')
Acero ile refuerzo (Kg) 24.03 A + 192.22
Manipostería (m2)
22.10e" W A
Cubierta (m2)
5.52 A11"'
0.17 A + 7.72
0.25 A
0.80 A
i 2.04 A+ 93.09 12.33 A + 1 8 3 . 7 5 12.21 A + 265.16 10.41 A + 562.52
0.86 A + 28.00 0.92 A + 43.83 0.89 A + 64.00 0.81 A + 103.34
2.20 A"-»-1
1.71 A+ 13.87
0.19A+ 1.18
1.05 A
1.74 A + 9.38
0.20 A + 2,53
1.05 A
1.73 A + 12.87
0.19 A + 3.65
1.05 A
0.14A" 15
0.47 A11*2
50.30 A0-48
5.22 A!>M
Por cada componente de FiME se recomienda un rango de áreas superficiales, según se
indica en las tablas 6.2 y 6.3 tanto para concreto reforzado como para manipostería en ladrillo. Las áreas indicadas son las requeridas por las unidades de tratamiento, incluyendo estructuras de entrada y salida, caseta para operación y almacenamiento de arena, cámaras de
lavado y zonas de comunicación interna. Para zonas de ladera con pendientes de terreno
clasificadas entre moderadas y altas, las áreas requeridas además de lo indicado, deben considerar otros factores como, estabilidad del terreno, conformación y pendiente del talud,
áreas para explanación y posible construcción en niveles.
Los modelos no incluyen áreas adicionales requeridas (servidumbres), por las obras de
conducción de agua cruda afluente al sistema de tratamiento; por la conducción del agua
tratada efluente. Igual consideración se realiza para el emisario último, que conduce los
desagües desde la plantas hasta el sitio de disposición final, pues su localización y longitud,
está condicionada por aspectos topográficos y uso y tenencia del suelo en la zona del proyecto.
6.4.3 Indicadores para administración, operación y mantenimiento
De las experiencias obtenidas en la administración, operación y mantenimiento de diferentes opciones FiME en el valle geográfico del rio Cauca en Colombia, se encontró que el
93
85% de los costos por este concepto corresponden a personal. Los demás requerimientos,
como insumos varios, energía eléctrica, agua para el lavado del sistema, etc., cubren el 15 %
restante.
Es importante indicar que la tecnología no requiere de equipos especiales. Sin embargo
el sistema de abastecimiento en su conjunto, puede requerir, por ejemplo, del bombeo de
agua cruda o de agua tratada hacia el almacenamiento o la red de distribución. Los costos
que se puedan generar bajo estas condiciones de bombeo, no han sido considerados dentro
de los análisis realizados para el sistema de tratamiento. Estos costos se consideran iguales
y comunes para cada alternativa en estudio.
Operación y mantenimiento
Las tablas 6.4, 6.5 y 6.6 presentan información muy útil para estimar los requerimientos
de personal para las labores de operación y mantenimiento. Estas tablas fueron obtenidas
con base en los rendimientos reportados para cada una de las actividades diarias, periódicas
y eventuales, evaluadas en plantas de tratamiento FiME a escala real, ubicadas en el valle
geográfico del río Cauca - Colombia y en unidades a escala piloto en la Estación de Investigación y Transferencia de Tecnología de Cinara, en Puerto Mallarino, Cali - Colombia. Los
datos presentados en la tabla 6.4 indican los requerimientos de operador para realizar actividades rutinarias, además de limpieza de zonas de acceso, jardines, etc, dentro de la planta de
tratamiento.
Tabla 6.4. Requerimientos de operador para realizar las labores diarias y periódicas de
operación y mantenimiento de plantas FiME, estimado en tiempos completos equivalentes (TC).
Alternativa FiME
FGDi + FLA
FGDi + FGAC + FLA
FGDi + FGAS2 + FLA
FGDi + FGDS3 + FLA
Caudal (l/s)
1
5
10
20
0.2
0.5
0.6
0.7
0.4
0.6
0.8
0.9
0.7
0.9
1.0
1.2
1.0
1.3
1.4
1.5
Tabla 6.5. Rendimientos estimados de mano de obra para realizar actividades eventuales de operación y mantenimiento por componente de la tecnología FiME.
94
Componente de
FiME
Rendimiento
(horas/ni' de material filtrante)
FGDi
FGAC
FGAS2
FGAS3
FLA
5.6
2.6
2.0
1.3
1.0
Costos de plantas FiME
Tabla 6.6, Frecuencia de realización de actividades eventuales para diferentes alternativas de FiME. Número promedio de eventos por año.
Componente FiME
FGDi
FGDi + FLA
FGDi +FGAC + FLA
FGDi + FGAS2 + FLA
FGDi +FGAS3 + FLA
2
3
4
6
Alternativa de FiME
FGAS3
FGAC
FGAS2
0.20
0.17
0.14
FLA
0.20
0.30
0.30
0.30
Con el propósito de estimar un tiempo de dedicación por año, se elaboró la tabla 6.7,
teniendo en cuenta la información suministrada en las tablas 6.5 y 6.6.
labia 6.7, Requerimiento de operador para realizar las labores eventuales de operación
y mantenimiento de plantas FiME, estimados en tiempos completos equivalentes (TC).
Alternativa de FiME
FGDi
FGDi
FGDi
FGDi
+ FLA
+FGAC + FLA
+ FGAS2 + FLA
+FGAS3 + FLA
Caudal (l/s)
1
5
10
20
0.01
0.02
0.03
0.04
0.06
0.10
0.15
0.20
0.11
0.21
0.30
0.40
0.22
0.41
0.60
0.79
Nota: Estos valores tienen sentido cuando se consideran varios años de funcionamiento del sistema, puesto
que la mayoría de estas labores varían su periodicidad entre algunas veces al año hasta una vez cada 5 años o
más.
Con base en la información suministrada por el personal responsable de ejecutar las actividades administrativas, en las plantas de tratamiento de 5 comunidades en el valle geográfico del río Cauca (El Retiro, Cañas Gordas, Ceylan, La Marina y La Sirena) con caudales
entre 7.5 l/s y 9.4 l/s y número de suscriptores entre 93 y 500, se encontró que los requerimientos de tiempo para actividades administrativas, exclusivamente para plantas FiME, fueron del orden de 0.30 tiempos completos mensuales, (0.30 TC/mes). Estas actividades incluyen labores como: supervisión, planeación, atención a usuarios, compras, pagos y reuniones
con entidades del sector de agua potable y saneamiento.
Administración
Se estima que un valor entre 0.30 y 0.5 TC/mes por actividades administrativas relacionadas con la planta de tratamientos, puede ser aplicable a los sistemas FiME para el rango de
caudales en estudio, 2 l/s a 25 l/s, pues las actividades de promoción y gestión ante el ente
administrador, comunidad e instituciones, no varía significativamente en la mayoría de los
casos.
6.4.4 Metodología pora obtener los costos
A partir de ios modelos de cantidades de obra presentados en las tablas 6.2 y 6.3, de los
requerimiento de válvulas mostrados en el anexo 3 y de los costos unitarios locales, se pueden obtener los costos directos de inversión inicial. Para obtener el costo total es necesario
95
incrementar el costo directo en un factor que incluya los ítems de administración, imprevistos y utilidades (AIU). En Colombia este valor puede oscilar entre el 20% y 30% de los
costos directos.
Para los costos de administración, operación y mantenimiento se deben utilizar las tablas
6.4 y 6.7 y lo indicado previamente en el ítem de administración. Con esta información se
puede obtener el tiempo requerido de personal en términos de tiempos completos durante el
año. Conocido el valor de salarios del personal requerido y considerando que este ítem
representa aproximadamente el 85% del costo recurrente, será posible entonces obtener el
valor total respectivo.
6.5
MODELO DE COSTOS DE CONSTRUCCIÓN PARA EL VALLE DEL
CAUCA
Con el propósito de ilustrar las características de los costos de la tecnología FiME, se
hace un análisis con caudales de 2 1/s, 8 1/s, 15 1/s y 25 1/s, utilizando costos unitarios de la
ciudad de Cali, Colombia, los cuales pueden ser aplicables, con una buena aproximación, a
otros lugares del valle geográfico del río Cauca e inclusive a otras localidades en Colombia,
ubicadas en lugares cercanos a centros urbanos, capitales de departamento.
Para cada uno de los caudales se realizaron diseños típicos, con base en los criterios
indicados en la tabla 6.1 y en las consideraciones presentadas en el ítem 6.4.2. A partir de
estos diseños, se realizó un presupuesto detallado, tanto de los ítems de mayor incidencia
como de los de menor peso en el costo. Esto último, con el propósito de validar la distribución porcentual, considerada en los supuestos básicos de los modelos de cantidad de obra.
La información anterior ha sido la base para determinar:
•
•
•
Costos directos de construcción para diferentes alternativas FiME, en concreto reforzado y manipostería en ladrillo, para caudales entre 21/s y 25 1/s.
Un modelo de costos directos de construcción para cada componente de FiME, en
concreto reforzado y manipostería en ladrillo.
Un modelo de costos directos para diferentes alternativas de FiME, en concreto reforzado, incluyendo además de cada unidad de filtración, otros elementos del sistema como
andenes, cerramientos, desagües, iluminación, etc.
En las tablas 6.8 a 6.10 y figuras 6.2 y 6.3 se muestran los resultados para concreto reforzado y en las figuras 6.4 y 6.5 los modelos obtenidos para mampostena en ladrillo.
Tabla 6.8. Costos directos de construcción de componentes de plantas FiME, para diferentes caudales. Concreto reforzado, valle geográfico del río Cauca en los Andes
Colombianos. Valores en $ US. Agosto de 1996.
Componente FiME
FGDi
FGAC
FGAS2
FGAS3
FLA
96
Caudal (1/s)
2
8
15
25
4326
5380
10218
15098
16716
7036
11356
20983
31057
40312
10996
21869
40842
60562
70735
19815
36517
68542
102024
111170
Costos de plantas FiME
Tabla 6.9. Costos directos de construcción de plantas FiME, para diferentes caudales.
Concreto reforzado; valle geográfico del río Cauca en los Andes Colombianos. Valores
en $US, Agosto de 1996.
Caudal (1/s)
Alternativa FiME
FGDi + FLA
FGDi + FGAC + FLA
FGDi+ FGAS2 +FLA
FGDi+ FGAS3 +FLA
2
8
15
25
37442
42832
47560
52540
70175
81531
91158
101231
120595
142464
161437
181158
184553
221069
253094
286576
Nota: En esta tabla se incluyen, además de las unidades de filtración, los demás elementos del
sistema: andenes, cerramientos, desagües, iluminación, etc.
6.6
CONSIDERACIONES SOBRE EL MODELO PROPUESTO
•
•
El método planteado es una buena guía para la obtención de costos de construcción,
operación y mantenimiento de plantas FiME, para caudales entre 2 1/s y 25 1/s. Sin
embargo, para su adecuada aplicación, es importante conocer los supuestos básicos y
criterios de diseño presentados en el ítem 6.4.2.
Los modelos de cantidades de obra y los tiempos estimados de requerimientos de
personal pueden ser ajustados para cada situación o región en particular, en la medida
en que se evalúen metódicamente las experiencias propias, tanto a nivel piloto como
a escala real.
Tabla 6.10. Distribución porcentual (%) estimada de los costos directos de construcción
de los componentes de Plantas FiME, por cada alternativa de tratamiento, en el valle
geográfico del río Cauca, en los Andes colombianos. Agosto de 1996.
Alternativas de FiME
Componente FiME
FGDi
FGAC
FGAS2
FGAS3
FLA
Caseta
Otros
Total
FGDi + FLA
10
-
55
12
23
100%
FGDi+FGAC + FLA
FGDI+FGAS2+FLA
FGDÍ+GFAS3+FLA
9
8
24
7
-
42
.
17
100%
32
37
8
16
100%
15
46
10
20
100%
Nota: Estos cálculos se han realizado con base en la alternativa de concreto reforzado. Sin embargo, para este
caso en particular, los valores para la opción de manipostería en ladrillo son muy similares a los indicados en
esta tabla.
97
1000
100 !
®
©
®
©
©
c
c
c
c
c
=
a
-
a,9:}
S.f.4 Q"
8.10 (j°
100
10
Q: Caudal
CO FGUi
© FGAC
®FGAS2
(1/a)
©FGAS3
©KLA
Notas: 1. El coeficiente de regresión es superior a 0,96 en todos los casos.
2. El componente FLA incluye la caseta de almacenamiento de arena
Figura 6.1. Modelos de costos directos de construcción de componentes de plantas FiME,
en concreto reforzado, desarrollados para el valle geográfico del Río Cauca, en los Andes colombianos. Agosto de 1996.
•
•
•
•
'
El nivel de precisión en los costos obtenidos, depende en buena medida de la calidad
de la información sobre costos unitarios utilizados. Es importante tener en cuenta
que, cada modelo de costos obtenido, solo es aplicable a la región, donde se generan
los costos unitarios.
Para la tecnología FiME, el costo se incrementa con el nivel de riesgo sanitario en la
fuente, pues con ello se incrementa también el número de barreras requeridas y por
consiguiente, los volúmenes de construcción.
Bajo condiciones similares de operación, capacidad de la planta, materiales de construcción, costos unitarios, mano de obra disponible y calidad del agua en la fuente,
resulta más económico construir un FGAC, que un FGAS2 o un FGAS3, presentando
este último los mayores costos.
Cuando se tienen dos alternativas FiME con velocidades de operación diferentes, es
necesario hacer una comparación para identificar la opción más económica.
Del modelo de costos obtenido para plantas FiME en el Valle del Cauca, se puede inferir
las siguientes observaciones específicas:
•
•
98
El componente de menor peso porcentual (ver tabla 6.10) es el FGDi (7-10%) y el de
mayor peso es el FLA (37-55%). Esto indica que la optimización del FLA, va a producir un mayor impacto en los costos de inversión del sistema.
El ítem "otros" representa entre el 16 y el 23%, (ver tabla 6.10) lo cual se ajusta al
supuesto de considerar esta componente como el 20% de los costos directos de construcción de la planta de tratamiento por FiME.
Costos de plantas FiME
oon
I
......— | -
.
—
-
100
— -
—
-
--;
® C = 27.98 Q " " ^
© C = aO.56 Q '
-
L.
10
10
Q: Caudal
Notas:
i + FGASÍ+FIA
) FGDi + FGAC+FLA
©FGDi +FI.A
(1/s)
® Ff:D¡+FGAS3+FLA
1, El coeficiente de correlación es superior a 0,99 en todos los casos.
2. El valor corresponde al costo total de la planta, incluyendo, además de la unidades
de filtración, otros elementos del sistema: andenes, cerramiento, desagües, iluminación, etc.
Figura 6,2. Modelos de costos directos de construcción, para diferentes alternativas de
plantas FiME, construidas en concreto reforzado, para el Valle del Cauca en los Andes
colombianos. Agosto de 1996.
1000
—
—
0.55
-i
o
^
íoo ~
2.30
CO
Ü.30
3.19
tj.79
® c - 4.1U
c = 6.17
0.7G
® c - 9.96 q
rr
-
-
— i
i
Z ^
*** < *-*
t T
^ ~
-
'
.
100
10
Caudal
CD FGDi
©FGAC
@FCAS2
(1/s)
©FCAS3
©TIA
Notas: 1. El coeficiente de regresión es superior a 0,96 en todos los casos.
2. El componente FLA incluye la caseta de almacenamiento de arena.
Figura 6.3. Modelos de costos directos de construcción de componentes de plantas FiME,
en manipostería en ladrillo, desarrollados para el valle geográfico del Río Cauca, en los
Andes colombianos. Agosto de 1996.
99
1000 rri
10
+FLA
© FGDi+KGAC + FLA
® FGDi+FGASg+KU
® FGDÍ+FGAS3+FLA
Notas: 1. El coeficiente de correlación es superior a 0,99 en todos los casos.
2. El valor corresponde al costo total de la planta, incluyendo, además de la unidades de filtración otros elementos del sistema: andenes, cerramiento, desagües, iluminación, etc.
Figura 6,4. Modelos de costos directos de construcción, para diferentes alternativas de
plantas FiME, construidas en manipostería de ladrillo, para el Valle del Cauca en los
Andes colombianos. Agosto de 1996.
•
•
El coeficiente "b" es del orden de 0.75 para los componentes FG AC, FG AS2, FGAS3
y FLA, mientras que para FGDi es 0.57 (figura 6.1). Se observa entonces que los
componentes de mayor peso porcentual tienen menor economía de escala. Para el
sistema de tratamiento en conjunto (figura 6.2), estos coeficientes están en el rango de
0.62 a 0.66, indicando algún grado de economía de escala.
Teniendo en cuenta que los modelos de cantidades de obra han sido desarrollados en
función del área de filtración, es posible estimar el costo de los componentes de FíME
para velocidades de filtración diferentes a las indicadas en la tabla 6,1.
El modelo de costos de inversión inicial, para sistemas convencionales, obtenido con la
información de ÏNSFOPAL (Zona Centro-Sur), para caudales, entre 91/s y 25 1/s, actualizado
a 1996, puede ser expresado de la siguiente manera:
C = 36.49 Q060
Donde:
(6-7)
C = Costo, en miles de US$
Q = Caudal, 1/s.
La ecuación (6-7) tiene un comportamiento similar a aquella ecuación correspondiente a
la alternativa FGDi + FGAS3 + FLA, para plantas FiME en concreto reforzado (ver figura
6.2).
100
Costos de plantas FiME
De acuerdo a lo presentado en las figuras 6.1 a 6.4, los costos de construcción en manipostería de plantas FiME, para el valle geográfico del Río Cauca, son más bajos que la opción en concreto reforzado.
6.7
IMPACTO DE LA TECNOLOGÍA SOBRE LA TARIFA
Una vez definida la viabilidad de una alternativa de tratamiento, en el sentido de manejar
eficientemente los factores de riesgo, de ser compatible con la conservación del medio ambiente y con la cultura de la comunidad usuaria, la opción tecnológica seleccionada debe ser
analizada para medir la potencialidad de ser ejecutada y garantizar su sostenibilidad durante
el transcurso de su vida útil.
La tecnología FiME, además de mostrar su fortaleza con respecto al cumplimiento de los
criterios anteriormente enunciados, compite favorablemente por su estructura de costos. Sus
costos de operación, mantenimiento y reposición son bajos comparados con otras opciones, ya
que no requiere materias primas ni energía para su operación; además, suministra autonomía a
las localidades, pues no requiere de productos químicos, ni importación de repuestos, ni maquinaria o exige personal experto con alto nivel de escolaridad. De otra parte, sus costos de
inversión presentan un factor de economía relativamente bajo (ver figura 6.1 y 6.3), lo cual,
implica que su desarrollo constructivo puede hacerse por módulos relativamente pequeños. Lo
anterior significa que, en economías como las de los países latinoamericanos, expuestas a grandes variaciones y dependientes de factores internos y externos, los períodos de diseño (que
determinan el tamaño de las estructuras), podrían ser inferiores a 10 ó 15 años. Esta condición
produce costos de inversión más bajos que aquellos generados cuando se construye bajo los
conceptos tradicionales de la ingeniería, con periodos de diseño entre 20 y 30 años.
Este criterio tiene repercusiones positivas dentro de los esquemas económicos y financieros de las comunidades, teniendo en cuenta que:
•
•
•
•
Al ser los costos de inversión más pequeños en el tiempo (se construye cada 5,10 ó 15
años), se facilita el manejo financiero y por tanto, da mayores posibilidades a las
poblaciones para tener acceso a créditos o a sistemas de cofinanciación estatales, que
son comunes en estos países.
Los períodos de diseño bajos, dan oportunidad para aprovechar recursos locales (materiales de construcción principalmente), y acomodarse a cambios en las demandas de
agua de las comunidades. Así mismo, permiten aceptar e incorporar más fácilmente,
desarrollos tecnológicos futuros que impliquen mejor calidad, a menor costo.
La construcción por etapas relativamente cortas, permite mayor flexibilidad para la
recuperación de la inversión, ya que reduce al máximo el "capital ocioso" que se
genera cuando se construye para periodos grandes. Lo anterior, junto con los bajos
costos de operación y mantenimiento, repercute positivamente, de inmediato, en la
tarifa que la comunidad establece para el sostenimiento de su sistema de tratamiento
de agua.
La vida útil de las instalaciones es, en su conjunto, en muchas ocasiones, mayor que
50 años, lo cual posibilita establecer largos períodos para recuperar la inversión.
Contra estas ventajas, se tiene el inconveniente de la escasa capacidad de las municipalidades (o comunidades) para manejar inversiones en tiempos cortos. Sin embargo, este es un
problema que debe resolverse, más aún cuando ahora, bajo las políticas mundiales de descentralización, la responsabilidad de la prestación de los servicios recae sobre el municipio.
101
6.7.1 Comparación de costos y estimación de su impacto en tarifas
Si se quiere comparar costos, estudiar tarifas o revisar el impacto del período de diseño,
se deben convertir los costos de construcción y recurrentes, en unidades comparables en el
tiempo. Algunos costos recurrentes anuales tienen valores fijos, por ejemplo los salarios de
los operarios; mientras que otros, están relacionados con el período durante el cual funciona
un equipo y por consiguiente, con la cantidad de agua suministrada, por ejemplo el consumo
de combustible.
A continuación se presenta el método del costo equivalente anual, el cual permite expresar el costo de inversión en equivalentes anuales durante la vida útil del sistema. El costo
total anual se obtiene sumando los costos anuales recurrentes a estos costos equivalentes.
Con este monto total, se puede calcular la contribución de la tarifa para recuperar los costos
recurrentes y la fracción de la inversión inicial que la comunidad convenga pagar con el
gobierno o la agencia financiera.
Método de Costo Equivalente Anual
Con este método, el costo de capital se hace equivalente a una serie de cuotas anuales,
distribuidas durante la vida útil de las obras (Hofkes y Visscher, 1990). La suma de los costos
equivalentes anuales será mayor que el costo inicial de capital del sistema, pues se adiciona
el interés sobre la deuda pendiente, el cual debe ser incluido en las asignaciones anuales
correspondientes. El costo equivalente anual de una inversión de capital, con vida útil de (v)
años, puede calcularse mediante la ecuación 6-8.
t(l+0 v
CEA= C
Donde
CEA
C
t
v
'
ü+ty-1
= Costo equivalente anual
= Costo
= Tasa de descuento
= Vida útil
La tasa de descuento y la vida útil son las dos variables más importantes de la ecuación
(6-8). La tasa de descuento puede entenderse como una tasa de rendimiento que considera
tanto el costo de capital como el riesgo asociado a la incertidumbre de invertir en el sector, en
este caso el de agua potable y saneamiento. En general, el Banco Mundial aplica tasas de
descuento en el rango de 8 a 15% (Hofkes y Visscher, 1990) variando de país a país. En
Colombia se trabaja con tasas en el rango de 10 al 12%. De otra parte, la vida útil de los
componentes principales de FiME, como son las estructuras de concreto o manipostería, es
del orden de 50 años, mientras la vida útil de otros componentes, como válvulas, con menor
peso en los costos de construcciones más baja.
Se puede presentar la ecuación (6-8) como: CEA = fc.C, en la cual fe representa el valor
del factor de recuperación de capital. Por ejemplo el valor de fe para un tasa de descuento del
10 % es 0.16 cuando el tiempo de recuperación es de 10 años, 0.13 cuando es de 15 años y
0.11 cuando es de 25 años. Se puede apreciar que para un período largo de recuperación, fe se
acerca más a la tasa de descuento.
Si bien, la vida útil de las estructuras principales de FiME es relativamente larga y fe
podría ser igual a la tasa de descuento, en la práctica surgen complicaciones originadas por el
102
Costos de plantas FiME
tiempo en que se debe pagar el crédito. Si éste es de 15 años y la tasa de 10%, cada año se
debe pagar 0.13 C a lo largo de los 15 años. Sin embargo, después de éste período, todo la
inversión está libre y aquella parte del sistema con mayor vida útil seguirá funcionando,
convirtiéndose en patrimonio de la localidad. Si se continúa con la misma tarifa después del
período, los ingresos serán superiores a los egresos y se podrá, por ejemplo, realizar mayor
provisión para reposición y mantenimiento, o aspirar a un nuevo crédito, si se requiere
ampliar el sistema o someterlo a reparaciones mayores.
En los sistemas que son cofinanciados, se aplica la tasa de descuento sólo sobre la fracción de la financiación que la comunidad aceptó cofinanciar. Las consideraciones anteriores
son ilustradas con un ejemplo, representativo de un núcleo rural o de una cabecera municipal
pequeña, asentada en el valle geográfico del río Cauca, en los Andes colombianos.
En una localidad, 900 familias están conectadas al acueducto y cada una de ellas paga en
promedio una tarifa de US$2 por mes, para un consumo diario de 0.8 m3. El ente encargado
de la administración de la prestación del servicio, en equipo con el gobierno local y con las
instituciones del sector activas en la zona, deciden mejorar la calidad del agua del sistema de
abastecimiento, mediante la combinación de FGDi + FüAC + FLA, etapas de tratamiento
dentro de las opciones de la tecnología FiME. Para efectos del ejemplo y entendiendo que el
período del diseño depende de muchos factores, algunos de ellos difíciles de controlar en
nuestro contexto, se asume éste de 10 años. La estimación de crecimiento promedio de los
usuarios en la localidad es de 1.5% anual, de acuerdo con la historia censal y las perspectivas
de la comunidad.
Consecuentemente,
900*(l.05)10;t0.8;tl03 „ ,
Q = ——
— - = 9.7 1/s
24x60.r60
Con base en la ecuación 2 de la figura 6.2, se calculan los costos directos de construcción,
los que se multiplican por 1.2 para cubrir los costos de administración, imprevistos y utilidades (A1U):
Costo total (incluye AIU) =
Ct=
1.2 x 25.42(9.7)064 = US$ 130.580
En concertación con la comunidad, se precisa la forma como será financiada la inversión:
50% con fondos nacionales de cofinanciación y 50% con fondos locales, de los cuales la
mitad será en efectivo y el saldo en mano de obra y materiales. Así, la comunidad decide
recuperar el 25% de la inversión en efectivo y aunque la vida útil global de la infraestructura
es de 40 años, solo se obtiene un préstamo a 20 años con tasa de descuento de 10% . Por
consiguiente,
CEA = 0.25x130580^-^M—
" US$ 3834
(1.10)20-l
Costo de inversión mensual a recuperar US$ 3834/12
= US$320
Para evaluar los costos de personal, se aprovecha la experiencia indicada en las tablas 6.4
y 6.6, que permiten estimar, en tiempos completos equivalentes (TQ, las necesidades de
operación y mantenimiento para la opción de FiME seleccionada. Para labores de adminis-
103
tración se considera 0.3 TC, de acuerdo a lo indicado en el aparte 6.4.3.
Labores periódicas
Labores eventuales
Administración
Total
0.90 TC
0.20 TC
0.30 TC
1.40 TC
Asumiendo el costo promedio mensual de cada TC en 150 US$, el costo de personal es
aproximadamente US$ 212/mes, valor que debe ser incrementado en 15% para cubrir otros
costos, según se deduce en el aparte 6.4.4. Los costos de personal representan, en promedio
el 85% de los costos de operación, mantenimiento y administración de FiME. En consecuencia, los costos recurrentes para los ítems identificados serán US$ 244/mes.
Costo total a recuperar por mes
Costo total a recuperar por familia por mes
= US$ (320+244)
= US$ 564/900
= US$564
= US$ 0.63
La tarifa mensual por usuario, correspondiente al mejoramiento de la calidad del agua,
será US$ 0.63 y el total de la tarifa, incluyendo la cantidad anteriormente pagada sin calidad
de agua, será de US$ 0.63+ 2.0 = US$ 2.63. Este valor se considera razonable y factible de
ser cubierto por la comunidad, pues representa menos del 3% de los ingresos promedio de la
mayoría de usuarios, según recomienda la UNDP (1990).
104
7. SELECCIÓN DE ALTERNATIVAS DE LA
TECNOLOGÍA FiME
La selección de tecnología para la potabilización del agua involucra un gran número de
factores tal como se discutió en el capítulo 3. Entre otros, se incluyen las condiciones
socioeconómicas y culturales de la comunidad, la disponibilidad de recursos, materiales de
construcción e insumos químicos, además del soporte institucional y características de la
calidad del agua. El objetivo de la selección es en consecuencia, contribuir a la sostenibilidad
de los sistemas a través de la realización de proyectos con cobertura adecuada, que suministren agua apta para consumo humano, con criterios de continuidad, cantidad y calidad a un
costo manejable por los usuarios.
En este capítulo se presenta una aproximación o guía de selección de las vanantes de la
tecnología FiME como alternativa de tratamiento de agua. En primera instancia se presentan indicadores del riesgo sanitario, posteriormente y con base en el seguimiento de proyectos a escala piloto y real, se presentan las eficiencias obtenidas con diferentes alternativas de
tratamiento FiME, para las cuales se realiza un análisis de costos, según fue tratado en el
capítulo 6, se realizan las recomendaciones para su selección.
Para conformar la guía de selección, se revisó el modelo desarrollado por la Universidad
de Oklahoma y publicado por Reid ( 1982), el cual se fundamenta en 4 bloques de información: factores técnico-sociales, fuentes de abastecimiento, calidad de agua cruda e información demográfica. Otro concepto presentado en la literatura, toma como base, factores técnicos, socioeconómicos, ambientales, capacidad de gestión, operación y mantenimiento (Hofkés
y Visscher, 1990).
En el modelo presentado en este capítulo solo se comparan entre sí las diferentes alternativas de FiME, excluyéndose varios de los factores mencionados anteriormente, pues en la
práctica las diferencias entre las variantes de FiME no son muy grandes en su impacto ambiental, ni en su nivel de complejidad en términos de operación y mantenimiento. La información demográfica tampoco representa un factor de gran peso, pues las economías de
escala para las diferentes alternativas, presentan valores semejantes. Así, la guía de selección
considera tres bloques principales: el riesgo sanitario de la fuente, la eficiencia del tratamiento y los costos de inversión, administración, operación y mantenimiento.
En el esquema que se presenta, no se compara FiME con otras alternativas de tratamiento
como por ejemplo, la filtración rápida de agua químicamente coagulada, pues este tipo de
sistema no guarda armonía con la capacidad de gestión, operación y mantenimiento de la
gran mayoría de los núcleos rurales de cabeceras municipales pequeñas o medianas, que en
muchas circunstancias no pueden garantizar la disponibilidad de productos químicos o de
energía, necesarios para el funcionamiento del sistema. Adicionalmente, la tecnología FiME
tiene buena aceptación por parte de las comunidades pues su administración, operación y
mantenimiento son comparativamente más simples que las requeridas por otros sistemas de
tratamiento de agua para consumo humano.
Las opciones de FiME revisadas en este capítulo, involucran como mínimo FGDi + FLA;
además se incluyen alternativas de tratamiento que involucran las combinaciones de Filtros
Gruesos Ascendentes mencionadas en el capítulo 5 y 9 del presente manual.
7.1 RANGOS DE CLASIFICACIÓN DE CALIDAD DE AGUA EN
FUENTES SUPERFICIALES
En este ítem se presenta una propuesta para la clasificación de la calidad del agua de
fuentes superficiales, utilizadas en el abastecimiento de agua para consumo humano. La
propuesta se basa en los siguientes tres aspectos:
•
•
•
AI tratar el agua de una fuente superficial, el efluente del sistema de tratamiento debe
cumplir con las guías de calidad de agua para consumo humano propuestas por WHO
(1996).
La calidad del agua para consumo humano se determina con base en tres parámetros
básicos, según Lloyd y Helmer (1991) tal como se discutió en el Capitulo 2: turbiedad, color real y coliformes fecales.
La experiencia adquirida por Cinara en proyectos de investigación y desarrollo, tratando agua de fuentes superficiales, en Colombia, con diferentes niveles de calidad, le
permite proponer criterios sobre la clasificación de la calidad del agua. Estos criterios podrán ser ajustados en la medida que se cuente con mayor información, ó donde
las características de la zona de influencia sean distintas, se podría plantear su propia
clasificación.
La experiencia de Cinara ha sido adquirida durante más de 7 años de seguimiento a 10
fuentes que abastecen igual número de plantas FiME. La propuesta de clasificación de las
fuentes presentada aquí, es preliminar, pues la calidad del agua y su variabilidad está condicionada por variables no controladas dentro del alcance de este documento, v.g. características
hidroclimatoiógicas, aspectos geomorfológicos y uso y tenencia de la tierra en las microcuencas,
entre otros. De otro lado, la eficiencia de remoción de la tecnología FiME, depende de la
temperatura del agua, dada la naturaleza biológica de algunos de los procesos involucrados.
Aquellas localidades con bajas temperaturas están expuestas a menores eficiencias que
las aquí reportadas, requiriéndose por consiguiente, la capacidad crítica del lector para asumir adecuadamente los criterios de selección y/o diseño para un sistema FiME en particular.
En regiones con baja o ninguna experiencia en la utilización de la tecnología y/o alta incertidumbre en la calidad y cantidad del agua en las fuentes, se recomienda iniciar su proceso
de aprendizaje y familiarization con la tecnología, a través de un programa de investigación
y desarrollo, donde se validen o adapten los criterios presentados para lo cual las universidades locales y los institutos de investigación y otros agentes del desarrollo, pueden jugar un
papel importante.
En los párrafos siguientes se justifican y proponen, específicamente, los rangos de clasificación de la calidad del agua.
7.1.1 Turbiedad
La turbiedad es un parámetro de vital importancia pues afecta tanto la aceptabilidad del
agua a consumir, como la selección y eficiencia de los procesos de tratamiento, particularmente la eficiencia de la desinfección con cloro (aumenta su demanda y protege los
microorganismos) y estimula el crecimiento bacterial.
La desinfección es de incuestionable importancia en el suministro de agua segura para
consumo humano. La destrucción de microorganismos patógenos es esencial y comúnmente
involucra el uso de agentes químicos, tales como el cloro. El uso de desinfectantes químicos
106
Selección de alternativas de la tecnología Fi ME
usualmente resulta en la formación de subproductos, algunos de los cuales son potencialmente peligrosos, sin embargo los riesgos para la salud generados por tales subproductos son
extremadamente pequeños en comparación con aquellos asociados con una inadecuada desinfección WHO (1996). Es importante que la desinfección no esté comprometida con compuestos que impliquen control de subproductos.
En todos los procesos en los cuales se incluya la desinfección, la turbiedad siempre debe
ser baja, preferiblemente < 1 UNT. Se recomienda que la turbiedad en el agua a ser desinfectada sea consistentemente < 5 UNT e idealmente posea un valor medio < 1 UNT (WHO,
1996). La norma colombiana (Decretos 2105 de 1983 y 475 de 1998) establece como valor
admisible en el efluente de la planta antes de la desinfección, una turbiedad máxima de 5
UNT, con valor deseable £ 1 UNT.
Tomando en cuenta las eficiencias de turbiedad y su remoción en las diferentes alternativas FiMH, discutidas en el capítulo 5, se presentan tres rangos para la clasificación de la
turbiedad:
•
:
•
•
Rango bajo, con turbiedad promedia < 10 UNT, asociado con cuencas poco intervenidas, sin trazas de erosión y sin terrenos de uso agrícola que drenen directamente en la
fuente.
Rango intermedio, fuentes con turbiedades predominantes entre 10 y 20 UNT, con
buenas posibilidades de tratamiento. En el capítulo 11 se presenta una aproximación a
este rango.
Rango alto, turbiedad promedia entre 20 y 70 UNT, promedios superiores a este nivel
requieren una investigación más profunda, particularmente en tamaño y distribución
de partículas, que pueden tener un gran impacto sobre la eficiencia de FiME.
En general el uso de turbiedades promedias como se maneja en casi toda la literatura, no
caracteriza el agua de manera suficiente, pues los promedios pueden ser el resultado de una
serie de picos o de niveles relativamente constantes. En la práctica, el diseño debe garantizar
que valores de turbiedad superiores al rango normal de variación (picos), sean controlados
con el uso de FGDi y con actividades de operación y mantenimiento adecuadas, que eviten la
reducción en la eficiencia del tratamiento y en la duración de las carreras de filtración. Estas
actividades pueden incluir el cierre total o parcial del suministro de agua a la planta. Además, con base en la disponibilidad de agua en la fuente y en su calidad, se debe estudiar la
conveniencia de incluir otras etapas de tratamiento, como cribas, reservorios o desarenadores,
previas a las opciones de FiME aquí presentadas.
7.1.2 Colif or mes fecales
Como se indicó en el Capítulo 2, los riesgos presentes para consumo humano asociados
con la contaminación microbiológica, son tan importantes, que su control debe ser siempre
una prioridad. En este sentido, para obtener una desinfección confiable en sistemas de abastecimiento de agua para pequeñas comunidades, WHO (1996) establece que el valor promedio de coliformes fecales debe ser < 3 y máximo < 25 UFC/100 mi. Después de la desinfección el valor de coliformes fecales debe ser 0 UFC/100 mi.
Considerando las experiencias adquiridas en los proyectos de investigación y desarrollo
en Colombia, tratando aguas superficiales con la tecnología FiME, la siguiente clasificación
de la calidad del agua es propuesta:
107
•
Rango bajo, niveles de coliformes fecales menores a 500 UFC/100 mi los cuales parecen corresponder a una cuenca muy poco intervenida y con actividades humanas o
de pastoreo.
• Rango intermedio, entre 500 y 10000 UFC/100 mi, que según la inspección sanitaria
parece estar relacionado con cuencas donde existen zonas de defecación a campo
abierto; donde se genera arrastre de excretas directamente a la fuente durante el período de lluvias. En este rango no se considera ni el vertimiento de aguas residuales a
la fuente, ni la presencia de zonas con pastoreo intenso, ni sitios de recreación masiva.
• Rango alto, se considera entre 10000 y 20000 UFC/100 mi, que corresponde a cuencas con alta intervención humana y descargas directas de agua residual doméstica.
7.1.3 Color real
El agua para consumo humano debería ser incolora. El color en aguas para bebida podría
ser debido a la presencia de materia orgánica coloreada, v.g. sustancias húmicas, metales
como hierro y manganeso o desechos industriales altamente coloreados. El color verdadero
es una medida indirecta de ácidos fúlvicos y húmicos, los que en muchas circunstancias se
constituyen en el material orgánico más abundante en aguas superficiales (Ellis, 1985; Spencer
y Collins, 1991). Dado que el cloro reacciona con la materia orgánica para formar
subproductos de la desinfección potencialmente peligrosos, se discuten los efectos adversos
sobre la salud humana. Sin embargo, la evidencia científica actual es inadecuada para concluir que la cloración del agua representa un riesgo significativo para los humanos (ILSI,
1993).
Incertidumbre sobre la evidencia toxicológica disponible, limita diagnosticar los riesgos
en la salud humana asociados con cloro, cloraminas, dióxido de cloro y desinfección con
ozono. La evidencia epidemiológica sobre los incrementos en los riesgos de cáncer por agua
clorada para consumo humano, es equivocada (Craun, 1993).
En consecuencia, no hay duda que la prioridad de tratamiento por desinfección lo sigue
constituyendo la remoción del riesgo microbiológico, no obstante la presencia de color verdadero en aguas para consumo humano, con valores superiores a 15 UPC (WHO 1996).
Establecer límites para color es complicado, pues su remoción varia grandemente y
depende de la forma en la cual se encuentre, por lo cual no se pueden generalizar las eficiencias
encontradas y discutidas en el Capítulo 5. El seguimiento y evaluación de proyectos a escala
piloto y real con diferentes niveles de riesgo permiten suponer los siguientes rangos de calidad:
•
•
•
Rango bajo, nivel de color en la fuente < 20 UPC
Rango medio, nivel de color < 30 UPC
Rango alto, nivel de color entre 30 y 40 UPC. Sin embargo, si la calidad de la fuente
presenta niveles superiores a 40 UPC o entre 20 y 40 UPC pero con turbiedad <10
UNT es conveniente efectuar estudios de tratabilidad a escala piloto, para establecer
la viabilidad de tratamiento con FiME.
La tabla 7.1 presenta de manera resumida la clasificación propuesta para la calidad del
agua de fuentes superficiales, considerando los tres parámetros básicos discutidos. Estos
rangos están asociados con las características del agua cruda en tres tipos de fuentes superficiales: riesgo bajo, con fuentes de ladera bien protegidas; riesgo intermedio, en fuentes con
108
Selección de alternativas de la tecnología FiME
alta intervención humana y con moderados niveles de sólidos, turbiedad, color y riesgo alto,
con características como los ríos de valle que reciben vertimientos de aguas residuales y
aguas de escorrentía superficial de zonas agroindustriales.
Tabla 7.1. Resumen de rangos de calidad de agua en fuentes superficiales para orientar
la selección de opciones de FiME.
RANGO
NIVEL PROMEDIO
Bajo
Turbiedad < 10 UNT
Coliformcs Fecales < 500 UFC/100 mi
Color Real < 20 UPC
Turbiedad 10-20 UNT
Coliformes Fecales 500 - 10000 UFC/100 mi
Color Real 20 - 30 UPC
Turbiedad 20-70 UNT
Conformes Fecales 10000 - 20000 UFC/100 mi
Color Real 30 - 40 UPC
Intermedio
Alto
7.2 CONSIDERACIONES SOBRE LA EFICIENCIA DE LOS SISTEMAS
FiME
Los resultados obtenidos en la remoción de riesgo microbiológico por la tecnología FiME,
muestran eficiencias globales entre 5.0 y 6.0 unidades log. Este hecho refleja el alto potencial de esta tecnología para tratar problemas de contaminación fecal en fuentes superficiales
y por consiguiente, remover riesgo agudo. Con base en estos logros se han propuesto rangos
de calidad microbiológica para las fuentes superficiales (tabla 7.1 ), a partir de los cuales se
puede obtener un efluente tratado con bajo nivel de contaminación antes de la desinfección.
En la medida que los niveles de contaminación se incrementan, las barreras de tratamiento se robustecen. El tratamiento mínimo para aguas superficiales de rango bajo que requiere
más que una simple desinfección, corresponde a la combinación de FGDi + FLA. Con un
nivel de contaminación bacteriológica más alto, la eficiencia de la tecnología y particularmente de los filtros gruesos, parece incrementarse, produciendo niveles efluentes de coliformes
fecales adecuados para una desinfección segura.
Para el caso de turbiedad, la eficiencia de remoción no tiene el mismo comportamiento.
Un incremento en la turbiedad implica la necesidad de un filtro de grava más robusto, que
puede ser obtenido utilizando una velocidad de filtración más baja o un tiempo de retención
más alto, requieriéndose lechos de grava más profundos o mayor número de barreras. Bajo
estas condiciones, la utilización de un FGAC o una alternativa de FGAS en combinación con
FGDi y FLA es la propuesta para tratar aguas superficiales con rango intermedio. Para fuentes superficiales con rango alto, las alternativas de FGAS en dos o tres etapas necesitan ser
consideradas, aunadas a FGDi + FLA.
7.3
CONSIDERACIONES CON BASE EN COSTOS
Los modelos de costos indicados en el Capítulo 6, claramente muestran que el sistema
FiME con el costo más bajo, comprende FGDi + FLA, seguido por un sistema que, además
de los anteriores incluye FGAC, y seguidamente FGAS2, en reemplazo del FGAC para
contaminación más alta. La opción con mayor costo incluye FGDi + FGAS3 + FLA.
109
Sin embargo, es necesario tener en cuenta que diferentes combinaciones pueden alcanzar
niveles similares de tratamiento. Por ejemplo, una fuente de agua superficial con un rango
de calidad intermedio puede ser tratada con resultados similares, usando un FGAS3 con una
velocidad de filtración de 0.6 m/h y un lecho total de grava de 3.6 m, o utilizando un FGAC
con una velocidad de filtración de 0.3 m/h y un lecho filtrante de 1.2 m. En este caso, la
diferencia entre las dos opciones de tratamiento se basa en el costo de los componentes, por
lo cual un estimativo de las cantidades de obra requeridas serán una buena base para su
comparación. En la tabla 7.2 se presentan los criterios de diseño y se comparan las cantidades de obra de los materiales relevantes, expresados como perímetro de muros, volumen de
grava y sistema de drenaje. Como se puede observar, la alternativa FGAC requiere menor
cantidad de obra en los ítems indicados como (1) y (2).
Tabla 7.2. Comparación de indicadores de construcción para las alternativas FGAC y
FGAS3 que tratan una misma calidad de agua.
PARÁMETRO
Velocidad de Filtración (m/h)
Número de Etapas en serie
Area filtración total (m2) (1)
Perímetro de muros (m) (1)
Volumen de gravas (m;t) (1)
Sistema de drenaje (2)
SISTEMA DE PRETRATAMIENTO
FGAC
FGAS3
0.3
1
3.4
7.4
5.0
1
0.6
3
5.0
17.4
6.0
3
(1 ) Calculados para un caudal de 1 m-Vh.
(2) El sistema de drenaje de FGAC es de menor longitud que FGAS3
7.4
RECOMENDACIONES SOBRE LA SELECCIÓN DE FiME
Con base en las consideraciones anteriores y acorde con la experiencia de Cinara con
fuentes superficiales de rango intermedio y alto, se ha establecido la siguiente guía para la
selección de la alternativas de tratamiento de FiME (tabla 7.3), la cual se basa en los rangos
seleccionados de los parámetros de calidad de agua, la eficiencia de las etapas de tratamiento
y consideraciones de costos. Para cada alternativa se ha indicado la velocidad de filtración.
Las especificaciones del material filtrante para cada sistema, están en armonía con los criterios de diseño indicados en los capítulos 5, 8, 9 y 10.
Es importante resaltar que esta guía es solamente una orientación para el lector, pues está
basada sobre la experiencia de tratamiento con diferentes fuentes superficiales en el valle
geográfico del río Cauca, en Colombia. Los procesos biológicos involucrados en la tecnología de tratamiento por FiME son importantes, pero no fáciles de predecir. Por lo tanto, bajo
condiciones diferentes a las presentadas en este documento, no se pueden garantizar eficiencias
similares. En consecuencia, al no existir experiencia con la tecnología en una región especifica, se sugiere adoptar criterios de diseño conservativos, es decir, iguales o inferiores a los
aquí recomendados, por lo menos en los primeros proyectos y hasta tanto la región, en cabeza de los profesionales diseñadores y autoridades del sector, incluyendo la comunidad, puedan analizar críticamente las experiencias iniciales. También se aconseja realizar estudios a
nivel de planta piloto para evaluar la viabilidad de tratamiento y de funcionamiento del
sistema FiME bajo condiciones locales.
110
Selección de alternativas de la tecnología FiME
Tabla 7.3. Modelo para la selección de un sistema de tratamiento de agua por filtración
en multiples etapas, FiME (1).
^^•\^^
^ ~ \ ^
Turbiedad
(UNT)
Coliformes
Fecales
(UFC/100ml)
^""""-\^^ Color Real
^~^~~~-^fUC)
^
\
<500
<10
10-20
20-50
50-70<2)
<20
20-30
30-40
30-40<2>
Sin FGA
500-10000
10000-20000(2)
¿FGACT
(1) Todas las opciones de pretratamiento inclusive aquella sin PGA, incluye dentro de sus componentes de
tratamiento, FGDi con velocidad de filtración 2.0 m/h y FLA con velocidad 0.15 m/h. (El subíndice del
pretratamiento indica la velocidad de filtración recomendada en m/h).
(2) Para valores superiores a 70 UNT; 20000 UFC7100 mi o 40 UC, se recomienda realizar estudio en planta
piloto.
Clasificación de fuentes según el rango de calidad:
bajo
medio
alto
8. FILTRACIÓN GRUESA DINÁMICA
Este capítulo presenta una descripción del FGDi como acondicionador de la calidad del
agua cruda y de su papel como primera etapa de pretratamiento, incluyendo eficiencias de
remoción. También se reseña de manera general, los componentes físicos de un FGDi y sus
criterios de diseño y dimensionamiento; finalmente se dan consideraciones sobre operación
y mantenimiento de las unidades.
8.1
DESCRIPCIÓN GENERAL
Un sistema FGDi consiste básicamente de dos o más módulos operados en paralelo con
flujo descendente, donde cada unidad es empacada con lechos de grava de tamaños variables en el rango de gruesa en el fondo a fina en la superficie (Ver figura 8.1). La grava de
menor tamaño origina grandes áreas superficiales dentro del lecho filtrante y por consiguiente, valores bajos de carga superficial, favoreciendo el proceso de sedimentación como mecanismo predominante en la remoción de material sólido (Latorre, et al., 1996).
Válvula control caudal
de entrarla
Vertedero de rebose
Vertedero de excesos
Lechos de grava
Rcglilla de aforo
-
Vertedero
.Caudal
rebose Qe
Caudal
filtrado Qf
Cámara para rcmoción\
de material grueso —^
Tubería perforada pata
recolección y drenaje —
-A desagüe
Agua de lavado
—
Válvula de apertura rápida
Figura 8.1. Esquema isométrico de unfiltrogrueso dinámico.
En un FGDi, el caudal de diseño, Qi, afluente a la unidad, percola verticalmente a través
de lechos de grava, para ser colectado en el fondo por un sistema de drenaje que lo conduce
a la siguiente etapa de tratamiento. En la zona de salida se proyecta un vertedor de rebose
cuya cresta es diseñada entre 0.03 y 0.05 m por encima del nivel superficial de grava, lo cual
contribuye a mejorar el comportamiento hidráulico del filtro (Guzmán, 1997). Al inicio de la
carrera de filtración (pérdida de carga generalmente < 0.01 m), la unidad opera a tasa constante y progresivamente, la resistencia hidráulica se incrementa hasta alcanzar la cresta de
rebose. A partir de ese momento, el FGDi empieza a declinar, distribuyéndose el Qi entre
el caudal filtrado, Qf y el caudal de rebose, Qe. La capacidad de declinar, origina el nombre
de "dinámico" a la unidad de filtración.
La obstrucción de la unidad puede producirse de forma gradual, cuando las condiciones de
calidad de agua en la fuente son consideradas normales, y de manera acelerada, ante incrementos rápidos del contenido de sólidos suspendidos en el agua cruda. Este hecho hace que a los
FGDi se les conozca también como "Válvula Tapón", mostrando su capacidad de respuesta a la
colrnatación del lecho superficial, cerrando total o parcialmente el suministro de agua a las
siguientes unidades de tratamiento. La figura 8.2 muestra unidades experimentales de FGDi.
•',2
Figura 8.2. Zona de experimentación a escala piloto, con diferentes unidades de filtración gruesa dinámica. Estación de investigación y transferencia de tecnología en agua
potable. Cinara, Puerto Mallarino, Cali, Colombia, 1997.
8.2
COMPONENTES PRINCIPALES DEL FGDI
f|
Básicamente un FGDi está compuesto de:
•
•
•
•
•
Cámara de filtración
Lechos filtrantes y de soporte
Estructuras de entrada y salida
Sistema de drenaje y cámara de lavado
Accesorios de regulación y control
,%
3
8.2.1 Cámara de filtración
•&
Es la zona donde se realiza el proceso de tratamiento y el lugar donde se ubica el lecho
filtrante, los medios de soporte y el sistema de drenaje. La altura total de la cámara está
determinada por la altura del lecho filtrante, la altura del vertedor de salida y el borde libre
requerido. Normalmente la altura total del filtro es de 0.70 m, con paredes verticales construidas generalmente en manipostería estructural o concreto reforzado.
Físicamente las cámaras de filtración poseen forma rectangular, aunque Guzmán (1997)
114
•
:
I
Filtración gruesa dinámica
sugiere realizar mayor investigación sobre el modelaje físico de los FGDi, a fin de superar
algunos limitantes en el comportamiento hidrodinámico de la unidad.
8.2.2 Lechos filtrantes y de soporte
El medio filtrante está conformado por tres capas de grava con tamaños que varían entre
3.0 y 25.0 mm. La capa más fina se coloca en la superficie y la más gruesa sobre el fondo de
la unidad, cubriendo el sistema de drenaje o múltiple recolector.
Tanto la grava de fondo como la intermedia funcionan como lechos de soporte, aunque
existen evidencias de su contribución en la remoción de material suspendido (Latorre, 1994).
El mantenimiento inadecuado de estas zonas, facilita la acumulación progresiva de lodo y en
consecuencia, la colmatación total de la unidad, obligando a su vaciado completo.
El tamaño de la grava del lecho de soporte, varía según el tamaño de la grava superficial
y del diámetro de los orificios del múltiple recolector. En general, la altura del lecho de
soporte no debe ser inferior al diámetro del conducto recolector principal, y el tamaño de la
grava en contacto con los colectores laterales, debe ser mayor en toda circunstancia, al diámetro de los orificios especificados en dicho colector.
8.2.3 Estructuras de entrada y salida
La estructura de entrada debe incluir elementos que permitan la disipación de energía, el
control, la medición y distribución de flujo y el vertimiento de excesos. Un buen diseño de
estos componentes, contribuye significativamente a la adecuada operación y mantenimiento
del FGDi y del sistema de tratamiento en general.
La estructura de salida debe permitir tanto el drenaje del caudal de rebose durante la
operación a tasa declinante del FGDi, como el vertimiento del agua de lavado durante la
limpieza superficial del filtro.
8.2.4 Sistema de recolección-drenaje y cámara de lavado
El sistema de recolección tiene el propósito de captar lo más uniforme posible, el agua
tratada durante la operación normal de filtración, así como también, colectar el agua de lavado y drenar la unidad cuando se realizan las actividades de mantenimiento. Normalmente el
sistema de recolección y drenaje consiste de tuberías y accesorios PVC que forman tanto los
colectores laterales como el colector principal. Los laterales están provistos de orificios que
captan o distribuyen el flujo según el tipo de operación que se efectué: lavado ó filtración.
Estos laterales están conectados al conducto principal a través de accesorios, generalmente
construidos en PVC.
Para facilitar la limpieza hidráulica del filtro, se instala una válvula de apertura rápida ( VAR)
en la tubería de recolección y drenaje, tal corno se ilustra en la figura 8.1, con diámetro igual al
del conducto principal colector. El punto de descarga del colector principal en la cámara de
lavado, debe localizarse a una profundidad mínima de 1.0 m, medida respecto a la losa de fondo
del FGDi. Esta altura puede incrementarse si la topografía natural del terreno lo permite. Para
facilitar el mantenimiento eventual del FGDi al menos una cámara para lavado del material
filtrante, debe ser construida en un sitio próximo a la unidad de tratamiento.
8.2.5 Tuberías y accesorios de regulación y control
El tipo y número de accesorios utilizados en las unidades de FGDi y en otros componentes de FiME, que incluyen válvulas para regulación de caudal, válvulas para desagüe y
115
válvulas de apertura rápida para drenaje de filtros gruesos, son presentados en el anexo 3.
Otros elementos hidráulicos como vertederos de aforo, reglillas de aforo y VAR, se describen en el anexo 4. Las VAR pueden ser de tipo mariposa, compuerta ó de globo, y pueden ser
construidas en materiales como hierro fundido, acero inoxidable ó PVC.
8.3
CRITERIOS DE DISEÑO
En la tabla 8.1 se presentan los criterios de diseño recomendados por Cinara-IRC, tomando como base su trabajo a nivel de planta piloto y el seguimiento en proyectos a escala real.
La disposición del material filtrante dentro de la unidad requiere especial atención, pues
de ella depende el funcionamiento del sistema de tratamiento. Es importante conservar la
estratificación propuesta en la tabla 8.2, pues ello facilitará el comportamiento del FGDi
como un filtro de superficie. La mezcla de los medios filtrantes origina un lecho no
estratificado, lo cual puede implicar menor eficiencia remocional y mayor penetración de
lodo a lo largo de toda la profundidad del lecho, aumentando las rutinas de mantenimiento.
Esta hipótesis esta siendo estudiada por Cinara con participantes del Programa de Postgrado
en Ingeniería Sanitaria y Ambiental de la Universidad del Valle. Para facilitar y conservar la
estratificación se recomienda instalar mallas plásticas como separador de lechos (anexo 4).
La velocidad de filtración recomendada para FGDi no debe exceder 3.0 m/h, pues los
valores de esfuerzo cortante producidos, pueden resuspender y transportar el material sedimentado, disminuyendo la eficiencia del proceso y modificando las rutinas de mantenimiento (Latorre, 1994). Adicionalmente y ante los bajos costos de inversión inicial que el FGDi
representa (entre 7% y 10% de los costos directos totales de construcción), no se justifica
emplear velocidades de filtración superiores a las recomendadas.
Tabla S.l. Guías de diseño parafiltrosgruesos dinámicos.
Criterio
Período de diseño (años)
Período de operación (h/d) (*)
Velocidad de filtración (m/h)
Número mínimo de unidades en paralelo
Area de filtración por unidad (m2)
Velocidad superficial del flujo durante el lavado superficial (m/s)
Lecho Filtrante ~
• Longitud (m)
• Tamaño de gravas (mm)
Altura del vertedero de rebose (m)
Valores recomendados
8 - 12
24
2-3
2
<10
0.15-0.3
0.6
Según Tabla 8.2
0.03-0.05 (**)
(*)
En estaciones de bombeo de agua con períodos de operación inferiores a 24 h/día, se recomienda proyectar
un almacenamiento de agua cruda, a partir del cual se suministre agua de manera conLinua al FGDi y demás
componentes de FiME.
(**) Medidos a partir del lecho superficial de grava fina.
Para facilitar las actividades de operación y mantenimiento, se deben diseñar dos unidades
como número mínimo operando en paralelo, con actividades de mantenimiento escalonadas. Las
cámaras de lavado deben ser amplias, seguras y de fácil acceso, sus dimensiones deben ser tales
que faciliten el desplazamiento y maniobrabilidad del operador, recomendándose áreas superfi116
^
Filtración gruesa dinámica
cíales entre 3.0 y 5.0 m2 y profundidades entre 0.20 y 0.40 m. Ante estas características la losa de
fondo pude construirse en concreto simple y los muros perimetrales en manipostería de ladrillo.
La cámara debe ser abastecida con agua cruda para facilitar el mantenimiento eventual del FGDi,
según se indica en el ítem 8.6. 1 conducto de desagüe debe ser calculado para evacuar el caudal
máximo de lavado, evitando sedimentación y represamiento de tubería.
En la tabla 8.2 se presentan las características del medio filtrante recomendado para unidades FGDi, y en la figura 8.3, un FGDi construido a escala real.
Tabla 8.2, Especificaciones del lecho filtrante recomendado parafiltrosgruesos dinámicos, FGDi.
Posición en la Unidad
Superior
Intermedio
Inferior, Fondo
Espesor de la Capa
(m)
Tamaño de Grava
(mm)
0.20
0.20
0.20
3.0- 6.0
6.0- 13.0
13.0-25.0
Figura 8.3. Filtros gruesos dinámicos, FGDi, operando en paralelo Parcelación el Retiro, Cali, Colombia, 1997.
8.4
EFICIENCIAS DE REMOCIÓN
Aunque el FGDi está orientado a reducir la concentración de material suspendido, también se han registrado remociones significativas en parámetros microbiológicos y
físicoquímicos. En la tabla 8.3 se presenta un resumen de reducciones típicas para fuentes
superficiales en Colombia, con diferentes niveles de riesgo.
117
Tabla 8.3. Eficiencias de remoción encontradas en fuentes superficiales tratadas por
filtros gruesos dinámicos.
Reducción típica
Parámetro
Sólidos Suspendidos Entre el 70 y el 80%, con fuentes en el rango de 10 a 200 mg/1
Turbiedad
Entre 30 y el 50% en fuentes de zona plana. En fuentes de ladera, la remoción
fue aproximada al 50%. La eficiencia de remoción es afectada por la naturaleza, tamaño y distribución de las partículas.
Color Real
Entre 10 y 25%, con fuentes en el rango entre 15 y 20 UPC.
Hierro, Manganeso Entre 40 y 70% como hierro total y entre el 40 y 60% para manganeso.
Coliformes Fecales Entre 50 y 80%, para niveles de coliformes fecales en el agua cruda en el rango
2000 a 100000 UFC/100 mi y sólidos suspendidos entre 10 y 50 mg/1.
8.5
DIMENSIONAMIENTO
El área superficial de la unidad As (m2), esta condicionada al menos por el caudal de
diseño y la velocidad de filtración seleccionada Vf (m/h). Dos módulos operando en paralelo
deben ser dimensionados, tratando cada uno aproximadamente la mitad del caudal de diseño.
Este hecho flexibiliza las actividades de operación y mantenimiento de las unidades.
As = Qd = bl
Vf
AS < 10 m2 (Por cada módulo)
(8.1)
Para flexibilizar el funcionamiento, se deben diseñar los dispositivos hidráulicos correspondientes, garantizando en toda circunstancia la adecuada distribución de flujos y la no
formación de zonas muertas tanto en la entrada como en la salida del FGDi.
El dimensionamiento del ancho de la unidad es un parámetro de diseño importantísimo,
pues de su valor y del caudal disponible para lavado, depende el logro de la velocidad superficial, Vs, necesaria para generar el arrastre de los sólidos depositados en la superficie del
lecho, sin producir pérdida de medio filtrante.
Según los criterios de diseño indicados en la tabla 8.1, V s puede variar entre 0.15 y 0.3
m/s, dependiendo del tipo de material predominante en el agua cruda: velocidad de 0.15 m/
s cuando predominan limos y material orgánico y superiores a 0.2 m/s para arenas y arcillas.
El caudal para lavado debe adoptarse con base en el flujo disponible en la estructura de
entrada al FGDi. Por ejemplo, al presentarse bombeo de agua cruda, el caudal disponible
para lavado corresponderá al impulsado por la bomba y en sistemas a gravedad, por la capacidad real de la tubería de conducción de agua cruda.
Calculada el área superficial As, con base en el caudal de diseño y la velocidad de filtración, el largo 1 (m) de la estructura se determina a partir de la ecuación (8.2), donde b es el
ancho (m):
l=As
b
118
(8.2)
Filtración gruesa dinámica
8.6
OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
La operación de los FGDi se fundamenta tanto en el control de la velocidad de filtración,
como en la medición y calidad del agua producida, mientras que el mantenimiento se concentra en la recuperación de la pérdida de carga en los medios filtrantes, a través del lavado
manual superficial y de descargas de fondo. Estas actividades de operación y mantenimiento
se han clasificado, con base en su frecuencia de ejecución, en diarias, periódicas y eventuales. En la tabla 8.4 se presentan las actividades dianas de operación y mantenimiento.
Tfcbla 8.4. Actividades diarias de operación y mantenimiento en el FGDi.
Actividades
Acciones Claves
Control de Qi
Revisar caudal afluente al filtro.
Ajustar válvula de entrada, según se requiera.
Revisar caudal efluente del FGDi, el cual debe corresponder al requerido
Control de Qf
por los filtros gruesos.
Decidir necesidad de mantenimiento en FGDi.
Con equipo de campo, medir turbiedad de agua afluente y tratada. CuanMedición de turbiedad do el valor de turbiedad a la salida indique valores mayores a los niveles
esperados, decida sobre la necesidad de efectuar mantenimiento. En caso
positivo, cierre la válvula de salida y limpie el FGDi.
En el libro de registro diario, anotar el valor de turbiedad del agua, la fecha
Registro de Información de lavado y otras observaciones que se consideren importantes.
La velocidad de filtración en ningún momento debe superar el valor de diseño. En tal
sentido, el caudal afluente a la unidad, Q., debe ser controlado y ser coherente con el caudal
requerido para generar la velocidad de diseño. Solamente durante las actividades de mantenimiento y en particular durante el lavado superficial se puede aumentar el valor de Q., de tal
manera que se facilite el arrastre del material resuspendido por efecto de las acciones de
rastrillado y arado sobre el lecho de grava fina.
El control de la calidad de agua efluente, permite tomar decisiones sobre su operación y
mantenimiento. Así por ejemplo, en situaciones donde se detecte deterioro de la calidad
efluente y si la demanda lo permite, puede optarse por disminuir el caudal de entrada o
posponer el lavado de la unidad.
Al presentarse cambios bruscos en la calidad del agua, continuamente se deben controlar
las calidades afluente y efluente de todas las unidades del sistema de tratamiento, pues la
eficiencia puede reducirse. Ante estas circunstancias y si el caudal efluente del FGDi no
declina rápidamente y la turbiedad afluente a los filtros lentos presenta valores superiores a
20 UNT, será necesario disminuir el caudal de operación de la planta en un 50%. Al persistir
esta situación, se debe operar el sistema de tratamiento con un 25% del caudal de diseño, o en
caso extremo, suspender la entrada de agua a la planta.
119
Tabla 8.5. Actividades periódicas de operación y mantenimiento.
Actividades
Acciones Claves
Lavar cámaras de entrada
y salida (una vez por semana)
Limpiar capa superficial de grava
(al menos tres veces por semana)
Remover material adherido a paredes y fondo descamaras.
Limpieza hidráulica o de fondo
del filtro (una vez por semana)
Cerrar válvula de control de agua nitrada.
Remover con un rastrillo u otro elemento similar, el lecho de
grava superficial, en sentido contrario al flujo, iniciando en la
zona de entrada y i'inalizando en el vertedero de rebose.
Remover la grava hasta que el agua de lavado sea ópticamente
similar al agua cruda.
Llenar la cámara de filtración con agua cruda y abrir y cerrar 10
veces
consecutivas la válvula de apertura rápida, dejar abierta la válvula y drenarei filtro hasta que el agua de lavado sea ópticamente similar al agua cruda. Este procedimiento puede repetirse por
2 ó 3 ocasiones, cuando el agua de lavado sea muy diferente al
agua cruda.
El mantenimiento de los FGDi incluye actividades periódicas (tabla 8.5) que consisten
principalmente en la limpieza de la capa superficial de grava y en el lavado hidráulico o
drenaje de fondo, utilizando la válvula de apertura rápida.
El lavado de los FGDi pretende restituir la capacidad de filtración y de almacenamiento
de lodo dentro del lecho filtrante, recuperando por consiguiente, la pérdida de carga en la
unidad de mantenimiento. El desarrollo de la pérdida de carga, es función de la calidad del
agua cruda y de la velocidad de filtración utilizada.
Generalmente las actividades periódicas se realizan una vez por semana con una duración
cercana a 30 minutos, pero en períodos lluviosos y particularmente en fuentes superficiales con
alto grado de contaminación, el arrastre de sólidos se incrementa generando obstrucciones
rápidas del lecho filtrante y aumentando por consiguiente la frecuencia de mantenimiento.
Después del lavado, la pérdida de carga hidráulica del filtro debe reducirse, con relación
a la existente previa al lavado y retornar en lo posible, a las condiciones iniciales. Las causas
de que esto no suceda pueden ser originadas por;
•
•
•
Entrada de aire al sistema de drenaje.
Lavado ineficiente y acumulación progresiva de Iodo dentro de los lechos.
Obstrucción completa del medio filtrante.
Si terminado el lavado no se recupera la carga hidráulica, se debe drenar nuevamente el
filtro para descartar las dos primeras causas. Si la situación persiste, puede estar presentándose la tercera causa, condición que puede aparecer después de varios meses e incluso años
de operación de la unidad. Para superar esta situación será necesario retirar todo el lecho
filtrante, lavarlo manualmente o con ayuda mecánica e instalarlo nuevamente, conservando
la estratificación inicial.
Se debe tener especial cuidado en la extracción y posterior colocación de las carnadas de
grava, a fin de evitar su mezcla. Si esto sucede, las gravas deben ser retiradas, tamizadas y
120
Filtración gruesa dinámica
colocadas nuevamente en correcto orden. Las acciones claves para las actividades eventuales se presentan en la tabla 8.6.
Tabla 8.6. Actividades eventuales de operación y mantenimiento de un filtro grueso
dinámico.
Actividades eventuales
Acciones claves
Retiro y lavado total de la grava Cerrar salida de agua filtrada.
Cerrar entrada de agua cruda.
Retirar capas de grava cuidando que éstas no se mezclen entre sí.
Lavar en forma separada las capas de grava
Tamizar las fracciones de grava que puedan estar mezcladas.
Lavar tuberías, fondo y paredes del filtro.
Instalar capas de grava en el misino orden y con igual espesor al
que tenían antes de ser retiradas para el lavado. Colocar la grava
más gruesa en el fondo y la más fina en la superficie.
Abrir entrada de agua y realizar un lavado siguiendo las indicaciones del lavado normal del filtro.
121
9. FILTRACIÓN GRUESA ASCENDENTE
9.1
DESCRIPCIÓN GENERAL
Los sistemas de filtración gruesa ascendente consisten de una o varias unidades que contienen grava en su interior.
En sistemas conformados por una sola unidad, Filtración Gruesa Ascendente en Capas
(FGAC), ésta es empacada con lechos de grava de diferente tamaño en el rango de gruesa en
el fondo, a fina en la superficie (figura 9.1). En sistemas con más de una unidad, Filtración
Gruesa Ascendente en Serie (FGAS), cada módulo se llena con un tamaño de grava predominante que decrece en el sentido del flujo (figura 9.2). Un proyecto de demostración construido a escala real de filtración gruesa ascendente se presenta en lafigura9.3.
Orificios lavado
superficial
Agua sobrenadante
Tapón para evitar entrada
entrada dp aire, durante
el lavado
Cámara de salida
\ Agua
\
\ Tratadla
\
Rebose
Tubería de
drenaje
1/ .
/[
Agua de lavado
'—Válvula para limpieza
', Sistema de distribución
ly drenaje
Figura 9.1. Corte isométrico de unfiltrogrueso ascendente en capas.
La filtración gruesa ascendente tiene la ventaja de favorecer la acumulación de sólidos en
el fondo del filtro, donde se localiza el sistema de drenaje, facilitando así, el lavado hidráulico o de fondo de las unidades. Adicionalmente, la dirección vertical del flujo reduce
interferencias generadas por temperatura o diferencias de densidad del fluido, mejorando el
comportamiento hidráulico de la unidad, evitando zonas muertas y produciendo tiempos de
retención más homogéneos. Estos factores influyen significativamente en la eficiencia del
proceso de tratamiento (Galvis et al., 1996).
Básicamente un filtro grueso ascendente está compuesto de:
•
•
•
•
•
•
Cámaras de filtración con 1, 2 ó 3 compartimientos
Lecho
filtrante
Estructuras de entrada y salida
Sistema de drenaje y cámara de lavado
Accesorios de regulación y control
Dispositivos para la limpieza superficial
,. ;
.
Cámara de entrada
ó de carga
Cámara de salida
Orificios lavada superficial
Agua sobrenadante
fina
Efluente
Válvula cit? apertura
rápida para drenaje
Figura 9.2. Corte isométrico de un filtro grueso ascendente con tres unidades en serie.
Figura 9.3. Filtro grueso ascendente en capas con tres unidades en paralelo. La cubierta
removible fue proyectada para disminuir el crecimiento de algas y facilitai' el mantenimiento de las unidades. Parcelación El Retiro, Cali, Colombia, 1997.
9.1.1 Cámaras de filtración
La altura total del filtro está determinada por la altura del lecho de grava (incluyendo la
capa de soporte), el nivel de agua sobrenadante, la altura de agua adicional para facilitar y
mejorar el lavado hidráulico y el borde libre.
Normalmente la altura total del filtro está en el rango de 1.1 a 1.5 m, con mayores alturas
en Jos FGAC. Las paredes pueden ser verticales ó inclinadas, construidas generalmente en
124
Filtración gruesa ascendente
concreto reforzado, ferrocemento o manipostería estructural y de forma rectangular, circular
o pirámide truncada.
9.1.2 Lecho filtrante
El lecho filtrante normalmente consiste de 5 capas de grava con tamaños diferentes, variando entre 25 y 1.6 mm en la dirección del flujo y distribuidas en 1,2, ó 3 compartimientos.
Las características de las capas de grava (tamaño del material y espesor del lecho) deben ser
seleccionadas cuidadosamente, con el fin de optimizar, tanto el funcionamiento hidráulico
como el mantenimiento de las unidades. Usualmente, los primeros 0.20 a 0.40 m de grava en
contacto con el sistema de drenaje, constituyen el lecho de soporte, cuyo tamaño depende del
diámetro de los orificios del múltiple y del tamaño de grava predominante en la unidad.
En el ítem 9.2 se presentan los tamaños de grava y longitudes de lecho para las alternativas FGAC y FGAS, recomendados por Cinara-IRC con base en el seguimiento realizado a
sistemas FiME, tratando diferentes fuentes superficiales en Colombia. Los resultados indican que a menor riesgo sanitario en el agua cruda, mayor velocidad de filtración puede ser
especificada o menor longitud de lecho filtrante es requerido.
Un incremento en la longitud de lecho filtrante implica, mayor tiempo de retención, mayor volumen para acumulación de lodo, de microorganismos, de materia orgánica, etc., y por
consiguiente, mayor eficiencia en el proceso de remoción. Sin embargo, las condiciones de
lavado del lecho se tornan más exigentes, requiriendo en consecuencia, tasas de lavado más
altas que las especificadas para un lecho de menor longitud.
9.1.3 Estructuras de entrada y solida
La estructura de entrada tiene por objeto disipar energía, controlar, medir y eliminar excesos de caudal, tal como se ilustra en la figura 9.4. Esta estructura consiste de un canal
pequeño que conduce el agua previamente acondicionada hasta la cámara de entrada a los
filtros gruesos. Previo al ingreso de la cámara de carga, el flujo es aforado por un vertedor
cuyas características hidráulicas dependen, entre otros factores, de la cantidad de agua a
medir y de la pérdida de carga disponible. Para facilitar el registro de la medición, principalmente a operadores con bajo nivel de escolaridad, se sugiere fijar sobre la pared vertical del
canal de acceso y antes del vertedor, una reglilla de aforo debidamente calibrada, cuyos
detalles son presentados en el anexo 4.
A través de la cámara de carga se realiza el control sobre la operación de los filtros,
pues un incremento en el nivel de agua en la cámara, significa un aumento en la resistencia
hidráulica del filtro grueso. Durante la carrera de filtración y con lecho limpio, se genera
una diferencia estática entre el nivel de agua en la cámara de entrada y la superficie del
agua en el filtro, cuyo valor debe ser igual a la sumatoria de pérdidas de carga entre los dos
puntos, para el caudal de operación de la unidad. Esta diferencia se incrementa a través de
la carrera de filtración, dada la colmatación progresiva de medio filtro. Hl incremento de
pérdida de carga es compensado con el aumento en el nivel de agua en la cámara de entrada al filtro grueso.
Al realizar las actividades de operación y mantenimiento de los filtros gruesos, como se
indica en el ítem 9.4, se disminuye la pérdida de carga. Una buena limpieza debe disminuir
el nivel de agua en la cámara de entrada hasta valores similares a los inicialmente obtenidos
con filtro limpio. El aumento progresivo del nivel de agua en esta cámara, aún después del
lavado, indica acumulación de lodo en las unidades de prefiltración y aunque este hecho
125
pueda ser inevitable, no se deben suspender las rutinas de mantenimiento, por el contrario,
en períodos con turbiedad alta, las rutinas deben aumentarse.
Figura 9.4. Estructura de entrada a unidades de filtración gruesa. Universidad Javeriana,
Cali, Colombia, 1997.
Una pérdida de carga acumulada cercana a 0.30 m es el valor máximo recomendado en
un filtro grueso y el que sólo se alcanza, después de varios años de operación continua,
siguiendo lo indicado en el ítem 9.4. El correcto dimensionamiento de la cámara de entrada,
facilita las actividades de operación y mantenimiento y elimina la entrada de aire a las unidades de filtración gruesa, contribuyendo a un mejor funcionamiento hidráulico.
La cámara de salida permite la recolección del agua filtrada, a través de orificios proyectados en la pared vertical del filtro grueso y localizados entre 0.02 y 0.05 m por encima del
nivel superficial de grava. El nivel de agua máximo en la cámara, debe posibilitar la descarga libre del agua afluente prefiltrada y por consiguiente la aireación de la misma. En los
casos donde se utiliza la alternativa FGAS, la cámara de salida sirve como dispositivo de
entrada a la siguiente unidad de filtración gruesa. En consecuencia, al dimensionar esta
cámara se deben considerar las variaciones en el nivel de agua, debidas a la pérdida de carga
en el medio filtrante.
126
Filtración gruesa ascendente
9.1.4 Sistema de drenaje y cámara de lavado
Dada la condición de flujo ascendente de los filtros gruesos, el sistema de drenaje se
proyecta para cumplir con dos propósitos básicos: distribuir uniformemente el flujo en el
área filtrante y recolectar el agua de lavado.
Usualmente el sistema de drenaje se proyecta en tubería PVC con orificios, cubierta por
una capa de grava gruesa que actúa como medio de soporte. Para facilitar el cumplimiento
de los dos propósitos del sistema de drenaje, su diseño debe obedecer a los criterios propuestos para el diseño de múltiples recolectores, presentados en el anexo 5. Es evidente que áreas
grandes de filtración, requieren diámetros mayores en sus múltiples recolectores y por consiguiente, mayor altura del lecho de soporte.
Para facilitar la limpieza hidráulica del filtro se instala una válvula de apertura rápida
(VAR) en la tubería de drenaje, (anexo 4). La VAR puede ser tipo bola o mariposa y se
específica de diámetro igual al de la tubería de drenaje principal; bajo toda circunstancia
debe ser hermética, simple de operar y mantener y sus partes, libres de generar corrosión o
incrustación.
La diferencia estática entre el nivel de agua superficial en el filtro grueso y el punto de
descarga de la tubería de drenaje a la atmósfera, es el parámetro clave para determinar la
carga de lavado, cuyo valor mínimo de diseño no debe ser inferior a 20 mVmVhr. Las experiencias de diseño y el seguimiento a proyectos piloto y a escala real, indican que la descarga
de la tubería de drenaje, debe ubicarse a una altura mínima de 1.80 m por debajo de la losa de
fondo del filtro grueso, sin embargo, este valor debe ser justificado con base en cálculos
hidráulicos según la situación específica de diseño.
Con base en lo anterior, los desagües del sistema de tratamiento deben ser generalmente
profundos, con implicaciones en los costos de construcción, particularmente en zonas planas.
Experiencias con piantas a escala real y piloto han mostrado que, donde la profundidad de tos
desagües sea un limitante, es preferible disminuir la profundidad de la tubería de descarga e
incrementar las labores de mantenimiento. Desagües profundos y con baja pendiente, pueden
generar represamientos del agua de lavado, lo que a su vez podría afectar la salud del operador
por contacto directo con agua de alto riesgo sanitario (figura 9.5).
Las VAR se ubican en las cámaras de lavado, las cuales pueden ser construidas de manera
individual o colectiva, donde varias válvulas desaguan a un punto común. En la decisión, se
consideran aspectos topográficos, hidráulicos y criterios económicos; las cámaras deben ser
amplias, seguras y permitir el fácil acceso y maniobrabilidad del operador. En su diseño deben
incluirse tapas o cubiertas removibles, al igual que escaleras de acceso. La tubería de desagüe
que transporta el agua de lavado, efluente de la cámara, debe ser calculada para el máximo
caudal de lavado y descargar en un sitio cuya disposición no ponga en riesgo la estabilidad de
las estructuras ni de su entorno en general, incluyendo la salud de la comunidad.
9.1.5 Accesorios de regulación y control
Los accesorios utilizados en las unidades de Filtración Gruesa, incluyen válvulas para
regulación de caudal, vertederos de aforo y reglillas de aforo, dispositivos que se instalan en
la estructura de entrada de cada etapa de tratamiento.
9.1.6 Dispositivos para la limpieza superficial
En las paredes verticales perimetrales de los filtros gruesos, a regular distancia y entre
0.02 y 0.05 m arriba del nivel más superficial de grava de cada módulo, se instalan pasamuros
127
soldados a adaptadores de limpieza PVC, con el fin de evacuar el agua del lavado durante la
limpieza manual superficial del lecho de grava. Los adaptadores permanecen cerrados durante la operación normal de filtración y se abren durante la limpieza superficial. Un mínimo
de dos (2) pasamuros pueden ser instalados por cada muro perimetral. Los pasamuros pueden tener diámetros de 50 mm para áreas de prefiltración por modulo inferiores a 15 m2 y de
100 mm para áreas hasta de 20 m2. Las descargas de los pasamuros deben ser recogidas a
través de canaletas perimetrales, para luego ser transportadas y descargadas al sistema de
drenaje general de la planta de tratamiento o a la cámara de lavado, indicada en el ítem 9.1.4.
Figura 9.5. Cámara general de desagües. Planta FiME, El Retiro, Cali, Colombia, 1997.
9.2
CRITERIOS DE DISEÑO
En la tabla 9.1 se resumen los criterios de diseño para filtros gruesos ascendentes, basados en la experiencia con unidades experimentales y plantas a escala real, evaluadas en el
marco del Proyecto de Investigación y Demostración de Métodos de Pretratamiento para
Sistemas de Abastecimiento de Agua, desarrollado en Colombia por Cinara-IRC.
128
Filtración gruesa ascendente
Tabla 9.1. Guías de diseño para filtros gruesos ascendentes
Valores Recomendados
Criterio
8- 12
24
0.3 - 0.6
Período de diseño (años)
Período de operación (h/d)
Velocidad de filtración (m/h)(1)
Número de unidades en serie
•FGAC
•FGAS
Lecho Filtrante
Longitud total (m)
•FGAC
1
2-3
:
• F G A S
.
.
.
•
.
:
:
.
Tamaño (mm)
Lecho de soporte total
• Longitud (ni)
'
• Tamaño (mm)<2)
Altura sobrenadante de agua (m)
Carga estática mínima de agua para lavado en contraflujo (rn)<3)
Area de filtración por unidad (ny7)
0.60 - 0.90
1.15-2.35
Según tabla 9.2
0.30-1.25
Según tabla 9.2
0.10-0.20
3.0
<20
(1 ) A mayor contaminación del agua afluente, menor velocidad de filtración.
(2) Depende del tamaño de grava predominante en cada unidad, del tamaño de grava en contacto con lecho de
soporte y del diámetro de los orificios en el múltiple; dado lo anterior, en algunos casos la altura del lecho de
soporte puede ser superior a lo indicado en la tabla 9. ],
(3) Diferencia entre el nivel de agua máximo en el filtro grueso ascendente durante e¡ lavado y el nivel de
descarga de la tubería de drenaje en la cámara de lavado.
La selección del número de unidades (1, 2 ó 3), velocidad de filtración y longitud de
lecho filtrante, depende del riesgo sanitario presente en el agua cruda, de la eficiencia de
remoción del filtro grueso y de los requerimientos de calidad del agua efluente. En la tabla
9.2 se presentan los tamaños y alturas de lecho filtrante para las alternativas de FGAC, FGAS2
y FGAS3. También se incluye información sobre tamaño y espesor del lecho de soporte.
Tabla 9.2. Lecho filtranterecomendadoparafiltrosgruesos ascendentes.
Altura (m)
Tamaño
de grava
(mm)
19-25
13- 19
6-13
3-6
1.6-3
Total (m):
• Soporte
• Lecho Filt.
FGAS 2
FGAC
1
FGAS 3
2
0.30*
0.30*
0.20 - 0.30 0.30 - 0.45
0.15-0.20 0.30 - 0.45
0.15-0.20
0.10-0.20
0.20*
0.15*
0.30 - 0.45
0.25 - 0.40
0.30
0.60-0.90
0.35
0.55-0.85
0.30
0.60-0.90
3
1
2
0.30*
0.15
0.45 - 0.75
0.20*
0.15*
0.15*
0.40 - 0.70
0.30
0.60-0.90
0.50
0.45
0.40-0.70 0.45 - 0.75
0.15*
0.15*
0.15*
0.45 - 0.75
* Lecho de soporte
129
Para ríos de ladera con niveles intermedios de contaminación, es decir, turbiedades inferiores a 20 UNT y coliformes fecales menores a 10000 UFC/100 mi, se puede especificar un
FGAC, con altura de lecho filtrante mínima de 0.60 m (no incluye lecho de soporte). Para
fuentes superficiales de valle con un nivel de contaminación mayor, se debe incrementar la
longitud del lecho filtrante y/o variar la velocidad de filtración según el riesgo. Otra alternativa viable consiste en aumentar el número de unidades de filtración, pasando a sistemas
FGAS2oFGAS3.
9.3
EFICIENCIAS DE REMOCIÓN
En la tabla 9.3 se presentan remociones típicas encontradas en sistemas de filtración
gruesa ascendente, tanto en capas como en serie, tratando aguas superficiales de valle y de
ladera. Los filtros gruesos operaron con velocidades de filtración entre 0.30 m/h y 0.75 m/h,
con lechos filtrantes entre 1.0 y 1.55 m de longitud. El agua tratada por estas unidades fue
sometida previamente a tratamiento por FGDi, con velocidades de filtración iguales o inferiores a 3.0 m/h.
Los filtros gruesos de flujo ascendente constituyen la segunda etapa de tratamiento, orientada a minimizar el número de partículas gruesas y a disminuir la concentración de las más
pequeñas. En este sentido remociones importantes en sólidos suspendidos, al igual que en
hierro, manganeso y coliformes fecales han sido registradas.
Tabla 9.3. Eficiencias típicas de tratamiento por filtros gruesos ascendentes.
Parámetro
Reducción típica
Sólidos Suspendidos
Alcanza hasta el 95%, siendo 90% el valor comúnmente reportado en fuentes
superficiales con altos contenidos de material suspendido, en el rango de
50 a 200 mg/1. En fuentes con material suspendido en el rango de 5 a 50
mg/1, se reportan remociones del orden del 50 al 90%,
Entre 50 y 80% en fuentes superficiales de valle, siendo mayores para los
FGAS. En fuentes superficiales de ladera la remoción está en el rango 50 90%
Entre 20 y 50%
Alrededor del 50%
Reducciones entre 0.65 y 2.5 unidades log, siendo mayor para FGAS tratando agua con contaminación bacteriológica en el rango de 2CXXX) a 100000
UFC/100 ml y contenido de sólidos suspendidos entre 20 y 200 mg/1. La
menor eficiencia se presentó con fuentes de calidad bacteriológica entre
500 y 20000 UFC/100 mi.
Turbiedad
Color Real
Hierro y Manganeso
Coliformes Fecales
9.4
OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
La operación de los filtros gruesos ascendentes está relacionada con el control de la velocidad de filtración y el control de la calidad de agua efluente. El mantenimiento está asociado con los lavados y las acciones tendientes a prevenir o reparar daños.
En general, las actividades de operación y mantenimiento se dividen en diarias, periódicas y eventuales. Las actividades diarias permiten al operador tener un control sobre el
funcionamiento de la planta frente a cambios en la calidad de agua afluente de esta manera,
puede implementar los correctivos del caso. Para facilitar la labor del operador, las estructuras deben poseer todas las válvulas y accesorios para regulación y control de flujo.
130
1
Filtración gruesa ascendente
La medición de pérdida de carga permite al operador tener control sobre las rutinas de
mantenimiento y eficiencias de las unidades. Para facilitar la lectura de la pérdida de carga,
se puede trasladar el nivel de agua en la superficie del filtro grueso a la cámara de entrada, el
cual este nivel puede ser señalado con pintura a prueba de agua, a partir del cual el operador
puede determinar fácilmente la pérdida de carga, midiendo la diferencia entre esta línea y el
nivel de agua presente en la cámara. Hn la tabla 9.4 se relacionan los pasos a seguir para
efectuar estas actividades.
Tabla 9.4. Actividades diarias de operación y mantenimiento en filtros gruesos ascendentes.
Actividad
Acciones claves
Medición y control de caudal
Chequear nivel de agua en la reglilla de aforo de cada unidad.
Ajustar válvula de entrada, según se requiera, hasta alcanzar el caudal de operación del filtro.
Medir turbiedad del agua a la entrada delfiltrogrueso ascendente,
utilizando el equipo de campo.
Cerrar válvula cuando la turbiedad del agua afluente sea mayor
que el valor previsto para operación normal
Retirar material desprendido del lecho filtrante con una nasa.
Anotar en el libro de registro diario, los valores de turbiedad del
agua afluente y efluente al filtro grueso, fecha de lavado del filtro y
cambios en el caudal durante el día, si se efectúan.
Medir el nivel de agua en la cámara de entrad" al filtro.
Lavar el filtro cuando la pérdida de carga sea mayor que el valor
esperado al finalizar la carrera de filtración
Medición de turbiedad
Retiro de material flotante
Registro de información
Medición de pérdida de carga
En la tabla 9.5 se indican las actividades periódicas del filtro. El lavado de los filtros
deberá ser más frecuente que lo indicado, cuando se deteriore la calidad de agua afluente, lo
cual incrementa la pérdida de carga a valores superiores a los normalmente alcanzados al
finalizar cada carrera de filtración semanal.
En algunas circunstancias al finalizar la carrera de filtración semanal, la pérdida de carga
puede presentar variaciones mínimas que ajuicio del operador, no ameritan la ejecución del
lavado; sin embargo, es necesario tener mucho cuidado con este parámetro, pues el hecho de no
lavar oportunamente, puede producir la compactación del material removido y almacenado en
el interior de la unidad, ocasionando ineficiência del lavado, aumento en la pérdida de carga,
incremento en las actividades de operación y mantenimiento y disminución en la eficiencia del
proceso de tratamiento. Una ilustración del mantenimiento de un filtro grueso se presenta en la
figura 9.6.
En forma similar a lo que ocurre en el FGDi, después del lavado, la pérdida de carga debe
reducirse hasta el valor que normalmente se presenta al inicio de cada carrera de filtración
(cada semana). Las causas de que esta reducción no se presenten pueden ser debidas a;
•
•
•
•
Entrada de aire al sistema de drenaje.
Lavado ineficiente.
Obstrucción de la tubería de drenaje.
Obstrucción completa del medio filtrante.
131
Tabla 9.5. Actividades periódicas de operación y mantenimiento.
Actividad
Lavado semanal del filtro
Limpieza cámara de entrada
Limpieza hidráulica del filtro
(lavado de fondo)
Limpieza cámara de salida
Acciones claves
Desprender material adherido en el fondo y en paredes de la
cámara. Utilizar cepillo con cerdas metálicas o material sintético.
Medir pérdida de carga.
Cerrar entrada de agua a la unidad.
Cerrar salida de agua filtrada.
Abrir y cerrar 10 veces seguidas la válvula de apertura rápida, dejar abierta la válvula y drenar el filtro hasta que el agua
de lavado sea ópticamente similar al afluente. Cerrar válvula
Abrir entrada de agua y llenar filtro.
Desprender material adherido al fondo y paredes de la cámara.
Poner en funcionamiento
Abrir salida de agua hacia el filtro lento, cuando el efluente
de la unidad recién lavada haya aclarado0*
Revisar eficiencia del lavado del filtro Medir pérdida de carga y comparar con valor medido antes
del lavado; si es mayor, volver a lavar el filtro.
Lavado mensual del filtro
Limpieza cámaras de entrada y salida
Limpieza superficial de la grava
Limpieza hidráulica del filtro
(lavado de fondo)
Desprender material adherido al fondo y paredes de cámaras, con un cepillo de cerdas metálicas o sintéticas.
Cerrar salida de agua filtrada.
Abrir tapones laterales o adaptadores de limpieza.
Remover la superficie de la grava, hasta que el agua de lavado aclare, utilizando una pala metálica.
Cerrar tapones laterales.
Cerrar entrada de agua.
Realizar dos drenajes del filtro siguiendo las recomendaciones
del lavado semanal. Antes de iniciar el segundo lavado, llene el filtro.
Abrir entrada de agua.
Abrir salida de agua.
(1) Eventualmente el efluente de la unidad se deteriora después del lavado, el operador debe estar atento para
realizar los correctivos del caso.
En los dos primeros casos se debe drenar nuevamente el filtro, en el tercero, se debe
introducir una sonda por el adaptador de limpieza conectado a la tubería de drenaje, localizado en la cámara de lavado, por encima de la válvula de drenaje. En el cuarto caso se debe
proceder a la extracción total del lecho filtrante. Antes de efectuar esta actividad se debe
constatar que efectivamente la obstrucción del lecho es total, pues es una actividad costosa y
dispendiosa frente a las actividades de mantenimiento rutinarias. La obstrucción total se
comprueba si al efectuar lavados consecutivos en la unidad, no se logra la reducción de la
132
Filtración gruesa ascendente
pérdida de carga y si el caudal que sale por la válvula de drenaje es muy inferior a lo normal.
En la tabla 9.6 se indican los pasos a seguir para el retiro, lavado manual y reinstalación de
todo el material filtrante en el filtro grueso ascendente.
Figura 9.6. Lavado superficial de un filtro grueso ascendente en capas. Los Chancos,
municipio de San Pedro, Colombia, 1997.
9,5
COSTOS
La diferencia en los costos de operar y mantener un sistema de filtración gruesa ascendente en sene o en capas, está representada por el tiempo requerido por el operador al efectuar la limpieza superficial de cada filtro y por la cantidad de agua empleada al lavar uno u
otro sistema. Existe, sin embargo, una mayor diferencia en términos del tiempo que debe
permanecer cada sistema de filtración gruesa fuera de operación por ejecución del lavado,
particularmente durante el lavado mensual, ya que para efectuar el mantenimiento de las
segundas y terceras etapas, se hace necesario esperar el llenado de la (s) etapa (s) previa(s),
una vez concluido el lavado.
133
Tabla 9.6. Actividades eventuales en los filtros gruesos ascendentes.
Actividad
Acciones claves
Retiro y lavado de la grava
Cerrar salida de agua hacia filtros lentos.
Cerrar entrada de agua al filtro grueso.
Drenar unidad a través de VAR.
Retirar capas de grava, procurando que éstas no se mezclen entre sí y
evitando la pérdida de material.
Medir el espesor de las capas que se retiran.
Lavar capas de grava en forma separada.
Tamizar fracciones de grava que estén mezcladas.
Lavar tuberías, fondo y paredes del filtro.
Instalar capas de grava en el mismo orden y con igual espesor al que
tenían antes de ser retiradas para el lavado.
Llenar filtro en forma ascendente.
Realizar varios drenajes, siguiendo las recomendaciones del lavado
semanal.
Abrir salida de agua hacia filtros lentos.
134
10. FILTRACIÓN LENTA EN ARENA
Este capítulo tiene como base la publicación del IRC - Cinara, (1992) Filtración Lenta en
Arena: Tratamiento de Agua para Comunidades, Planeación, Diseño, Construcción Operación y Mantenimiento e información desarrollada en el marco de proyectos de investigación y
desarrollo que han sido realizados por Cinara, en colaboración con diferentes instituciones en
Colombia, En consecuencia, se presenta una descripción general de un nitro lento en arena y
sus principales componentes, consideraciones de diseño, aspectos constructivos y aspectos de
operación y mantenimiento.
10.1 DESCRIPCIÓN GENERAL
Una unidad de filtración lenta en arena consta básicamente de los siguientes elementos,
ilustrados en la figura 10.1.
•
•
•
•
•
Caja de filtración y su estructura de entrada.
Lecho filtrante
Capa de agua sobrenadante
Sistema de drenaje, que incluye lecho de soporte y cámara de salida
Conjunto de dispositivos para regulación, control y rebose de flujo.
Estructura de entrada
fl-
Estructura
. de salida
Afluente
Agua
filtrada
~* Desagüe
\ Pared rugosa
Sistema de ¡frenaje
Figura 10.1. Componentes básicos de un FLA con control a la entrada.
Una descripción específica de estos componentes se desarrolla a continuación:
a. Dispositivo para controlar entrada de agua pretratada y regular velocidad de filtración
b. Dispositivo para drenar capa de agua sobrenadante
c. Conexión para llenar lecho filtrante con agua limpia producida por otras unidades de
FLA
d. Válvula para drenar lecho filtrante
e. Válvula para desechar agua tratada
f. Válvula para suministrar agua tratada al tanque de contacto y posteriormente al depósito de agua limpia
g. Vertedero de entrada
h. Indicador calibrado de flujo
<jl '
i. Vertedero de salida.
j . Válvula para control de flujo a la salida (solamente en FLA con control a la salida)
k. Cámara de entrada a FLA
1. Ventana de acceso a FLA
S
10.1.1 Caja de filtración y estructura de entrado
La caja del filtro posee una área superficial condicionada por el caudal a tratar, la velocidad de filtración y el número de filtros especificados para operar en paralelo. Las experiencias en Colombia indican que la altura total del FLA puede oscilar entre 1.80 m y 2.10 m,
dependiendo del espesor de la capa de arena, de la altura de agua sobrenadante y del sistema
de drenaje empleado. Para el caso descrito en el presente documento, la altura del sistema de
drenaje está alrededor de 0.25 m, mientras que otras opciones reportadas en la literatura,
pueden alcanzar hasta 0.50 m. Las cajas de filtración pueden ser construidas de hormigón
reforzado, ferrocemento, concreto ciclópeo o manipostería estructural y sus paredes pueden
ser verticales o inclinadas.
La estructura de entrada a las unidades de filtración lenta debe permitir controlar el caudal afluente, disipar energía, distribuir flujo y verter excesos tal como se presentó en la figura
9.3, para el caso de los filtros gruesos ascendentes. Esta consta de un vertedor de excesos,
canales o conductos para distribución, dispositivos para medición y control de flujo, cámara
de entrada y ventana de acceso al filtro propiamente dicho. A través de la cámara de entrada
al FLA se disipa la energía de posición, generada entre el nivel de agua en el canal de acceso
y el nivel de agua en el FLA. La energía es máxima cuando el nivel de agua en el filtro es
mínimo. La cámara es una estructura simple con dimensiones superficiales de 0.8 x 0.8 m
aproximadamente y 1.0 m de profundidad, construida en manipostería o concreto. Sobre el
fondo de la cámara y con profundidad de 0.20 m se colocan cantos rodados con tamaños
entre 0.10 m y 0.20 m, que contribuyen a amortiguar el impacto de caída del agua. La ventana de acceso comunica la cámara de entrada con el FLA propiamente dicho; la velocidad de
paso del agua a través de la ventana debe ser inferior a 0.10 m/s. El borde inferior de la
ventana coincide en el nivel máximo de arena en el FLA (figura 10.1).
10.1.2 Lecho filtrante
La selección del tamaño de los granos del medio filtrante es un factor crucial en el rendimiento del filtro; un tamaño efectivo con grano fino mejorará la eficiencia del proceso de
tratamiento, aunque aumentará las pérdidas de carga inicial (Bellamy et al., 1985). La adecuada selección de arena incluye entre otros, los siguientes factores; tamaño y distribución
de los granos, contenido de impurezas y grado de solubilidad del material. El tamaño de los
granos se determina con base en el diámetro efectivo, d10, y su distribución granulométrica,
por el coeficiente de uniformidad C . El D1(), es la abertura del tamiz a través del cual pasa el
10% (en peso) de los granos. El coeficiente de uniformidad es la relación entre el diámetro
efectivo y la abertura del tamiz a través del cual pasa el 60% (en peso) de los granos, dM. En
consecuencia, Cu = djdw. Se recomienda arena relativamente fina con diámetro efectivo
entre 0.15 y 0.30 mm y coeficiente de uniformidad menor de 5 y preferiblemente entre 2.0 y
136
Filtración lenta en arena
4.0 (Di Bernardo y Escobar, 1996). En la figura 10.2 se ilustra la distribución de tamaños y
granos de una muestra de arena, tomada en un río de valle.
100
A)
\
1
®
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—
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1
90
ao
10
S
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30
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.
V
3
1
80
90
V
100
1
.7 .5
,K
.1
TAMAÑO MAXIMO DE LA PARTICUU ( m m . )
Figura 10.2. Curva granulométrica de una muestra de arena tomada del río Cauca, Colombia, 1996.
Generalmente se selecciona arena como medio filtrante dado que es un material inerte,
granular, económico y de fácil consecución. Al colocarse dentro del filtro, el material debe
estar limpio, libre de arcilla, limo y materia orgánica. En la práctica, asegurar la limpieza de
la arena es una actividad muy importante y de mucho cuidado, que implica un arduo y prolongado trabajo, generando en consecuencia costos importantes por mano de obra y agua de
lavado. El suministro de material filtrante total ó parcialmente sucio, interfiere con el proceso de tratamiento y obliga, después de un corto tiempo de operación, a la extracción de la
arena para su correcto lavado y posterior colocación.
La limpieza periódica del FLA se realiza mediante el raspado y retiro de 0.01 ó 0.02 m de
arena superficial, labor que implica una reducción gradual en la altura inicial del lecho, que
en ningún caso debe ser inferior a 0.5 m; cuando el nivel mínimo de arena sea alcanzado,
debe rearenarse la unidad, proceso que se indica en el ítem de operación y mantenimiento
(10.5).
137
Dos especificaciones adicionales sobre la calidad del arena son realizadas por Visscher et
al. (1987). La primera, relacionada con el contenido de lodo, que no debe ser mayor al 1 % en
volumen antes de instalarse en el filtro. El contenido de lodo se determina colocando 100 mi
de agua limpia en un cilindro, graduado al cual se le acondiciona una muestra de arena hasta
alcanzar 200 mi; se agita vigorosamente la combinación, dejándola sedimentar entre 5 y 10
minutos. Visualmente se identifica el volumen del depósito de sedimento formado en la
superficie de )a arena, el cual se reporta con relación al volumen de arena.
La segunda especificación hace referencia al contenido de carbonato de calcio, pues su
dilución gradual aumenta la dureza del agua tratada. Por tanto, la solubilidad de la arena en
ácido clorhídrico no debe exceder el 5% después de 30 minutos de iniciada la prueba.
Cuando las características de la arena no cumplen con las especificaciones granulométricas
indicadas en el ítem 10.1.2, se hace necesario investigar, en otras fuentes o bancos de suministro. Si las nuevas opciones tampoco cumplen las especificaciones indicadas, se pueden
combinar arenas de diferentes bancos o fuentes, en proporciones a definir según las circunstancias. Este método de ensayo y error en peso, proporciona los factores de combinación
posibles, requeridos para alcanzar las especificaciones de la arena a instalar en el proyecto a
escala real, D10 y Cu.
10.1.3 Capa de agua sobrenadante
a
La altura de agua sobrenadante proporciona la carga hidráulica necesaria para permitir su
paso a través del lecho de arena, ser colectada por el sistema de drenaje, llegar a la cámara de
salida y pasar por el vertedero de aforo. En un filtro con control a la entrada, la carga inicial
es cercana a 0.05 m, valor que gradualmente se incrementa hasta alcanzar el nivel máximo,
oscilando entre 0.60 y 0.80 m. El valor más alto se recomienda para afluentes con gran
variación en su calidad.
Hasta 1992 la altura de agua sobrenadante adoptada por Cinara a nivel de diseño fue de
1.0 m; sin embargo, evaluaciones posteriores a nivel piloto y en proyectos construidos a
escala real, muestran un comportamiento de tipo exponencial en la pérdida de carga de un
FLA. En la figura 10.3 se ilustra el desarrollo de pérdida de carga en filtros lentos operados a)
a nivel piloto en la Estación de Investigación de Cinara y b) en un sistema construido a
escala real en Londres.
La figura 10.3 a) muestra que al alcanzar el 85% (42.5 días) de la carrera de filtración
solo se ha desarrollado una pérdida de carga del 45% (0.36 m). En contraste el 55% (0.44
m) remanente de pérdida de carga, fue alcanzado en solo el 15% final de la carrera (7.5
días). El FLA trató agua con turbiedades afluentes entre 7 y 14 UNT.
La experiencia de Cinara indica que no se deben proyectar alturas de agua sobrenadante
en unidades de FLA, superiores a 0.80 m. AI adoptar este valor, se esta incluyendo la pérdida
de carga inicial con filtro limpio y la altura mínima de agua, para garantizar sumergencia del
nivel máximo de arena.
Cuando la curva de pérdida de carga presenta un comportamiento de tipo lineal en evaluaciones a nivel de planta piloto o de escala real, se recomienda las siguientes acciones:
mejorar el sistema de pretratamiento ó incrementar la altura de agua sobrenadante en el filtro
lento (> 0.70 m); en algunas circunstancias es necesario implementar las dos acciones anteriores. Como resultado, las carreras de filtración pueden incrementarse a valores mayores a
30 días, según recomienda la literatura especializada (Hendricks et al., 1991).
138
Filtración lenta en arena
FLA Unidad PUMO, Eslacián ds Invasl/gaciín C ÑAFIA Pumo
Mallarino, Cali. Colombia.
T n o t = 50 Día
HrriCK = OSO n\
Ê
50 •
I 40
£
20-
H/Hrrw.aOÓI/Irny a ?
R! » 0,8489
100
Î0
«
60
FraxiCn cfeTmof (T/Tmo(*|0P)
SO
20
40
60
80
Fracción de Timan (TYTmax • loo)
a)
b)
Figura 10.3. Pérdida de carga en unidades de filtración lenta en arena, a) FLA unidad
piloto construida en Cali, Colombia, b) FLA construido a escala real en Inglaterra.
Un dispositivo móvil con desplazamiento vertical desarrollado por Cinara y presentado
en la figura 10.4, con detalles constructivos en el anexo 4, denominado "cuello de ganso", es
empotrado en una de las paredes verticales del FLA y permite realizar las siguientes operaciones:
•
•
•
Funcionar como rebose cuando el FLA ha desarrollado su pérdida de carga máxima.
Drenar el agua sobrenadante, cuando el FLA requiere mantenimiento.
Eliminar material notante de la superficie del FLA.
10.1.4 Sistema de drenaje y cámara de salida
El sistema de drenaje en un FLA debe cumplir tres funciones básicas:
•
•
•
Soportar el material filtrante e impedir su arrastre a través del lecho de grava y dispositivos de colección y transporte.
Asegurar la recolección uniforme del agua filtrada en toda el área de filtración.
Permitir el llenado ascendente de los FLA y la distribución uniforme del agua de
llenado, bien sea durante el arranque inicial O después del raspado de cualquier módulo de filtración.
El sistema de drenaje consta de un dren principal y sus respectivos conductos laterales
que pueden construirse a partir de tuberías perforadas, tuberías corrugadas, ladrillo sobre
ladrillo, losas prefabricadas de hormigón sobre vigas de hormigón o baldosas de hormigón
sobre cuartos de baldosas. Independiente del material empleado, los laterales deben ser
cubiertos con un lecho de grava debidamente gradada. El lecho de grava se constituye en una
interfase entre la arena fina y los orificios de colección, evitando la penetración del material
filtrante al sistema de drenaje; una capa de arena gruesa entre el lecho de grava y la arena fina
complementa la interfase. El espesor del lecho de grava incluyendo la capa de arena gruesa,
puede variar de 0.20 a 0.25 m (figura 10.5).
139
Figura 10.4. Actividades de mantenimiento de un FLA. Operación del "Cuello de Ganso". La Sirena, Cali, Colombia, 1997.
Arena de filtro
Dio: 0.15-0.3 mm
Arena gruesa
1.0-1.4 mm
(ïruva
2.0-9.0 mm
Grava
9.0-19-0 mm
T
O.BOm
i O.OSm
-
0.05m
Tubería PVC corrugada
para recolección
de agua filtrada
0.10-0.15m
Figura 10.5. Medio de soporte y tubería de drenaje de un filtro lento en arena.
140
Filtración lenta en arena
Dada la calidad del agua filtrada a colectar, se sugiere utilizar tuberías corrugadas comerciales de PVC drenaje, las cuales han mostrado economía, facilidad de transporte y ante
todo, buen comportamiento mecánico e hidráulico (Visscher et al., 1992). Esta tuberías conducen agua filtrada desde el dren principal que la transporta hasta la cámara de salida, donde
descarga libre a la atmósfera. El dren principal también permite drenar total o parcialmente la
unidad de filtración a través de la válvula (d), especificada para tal fin en la figura 10.1.
En la cámara de salida generalmente se proyectan uno o varios vertederos que permitan
aforar el efluente, pero también mantener un nivel mínimo de agua por encima del nivel
máximo de arena (figura 10.6). Esta condición de salida previene el desarrollo de una presión
inferior a la atmosférica dentro del medio filtrante, y asegura el funcionamiento del filtro
independiente de las fluctuaciones en el nivel de agua del tanque de almacenamiento. Las
cámaras de salida están intercomunicadas entre si, facilitando el llenado ascendente de los
FLA's con agua tratada después del mantenimiento de uno cualquiera de los módulos. En la
cámara de salida y sobre la descarga del vertedero, se aplica la solución de cloro, aprovechando la turbulencia generada. El agua clorada es entonces transportada al tanque de contacto donde se garantiza el tiempo de retención respectivo.
FILTRO LENTO EN ARENA
Cuello de ganso
(rebose)
i
N. máx. agua
/
Vertedero de aforo
Punto de apuración
olución de hipoclorito
Cámara de salida
N. min, agua
A tanque de
contacto [.le cloro
N. max. arena
Arena
Tubería lateral
de recolección
PVC corrugada
Desagüe
•o
o
c
Tubería principal de recolección.
de agua nitrada, PVC Sanitaria _\
Drenaje cámara \
de salida - —J
Válvula de
desagüe
Figura 10.6. Estructura de salida de un FLA.
10.2 CALIDAD DE AGUA
El agua a ser tratada por FLA debería tener la mejor calidad posible, con bajos niveles de
turbiedad, color, metales pesados, sustancias tóxicas, precursores de trihalometanos, algas y
otros residuos químicos, como hierro y manganeso. La inspección sanitaria como herramienta para identificar la variación potencial del riesgo en la fuente, debe ser utilizada tal como se
indica en el ítem 2.4.
El agua de fuentes superficiales posee diferentes características dependiendo de su procedencia. Este esto hace que el contenido y tipo de sólidos varíe significativamente según su
origen, factor que condiciona necesariamente el tipo de tratamiento a seleccionar, cuando se
piensa en su remoción. Al considerar agua superficial como fuente de agua cruda para un
141
sistema de abastecimiento, se debe dar preferencia a lagos, embalses o represas siempre y
cuando los niveles de oxigeno, algas o color natural no generen problemas significativos en
su de tratamiento. Los procesos naturales de purificación, reducen los niveles y la variación
de la concentración de sólidos, simplificando las necesidades de tratamiento. El agua superficial que fluye presenta con frecuencia cambios rápidos en su calidad lo que tiende a hacer
más difícil su potabilizador!.
Dado que el proceso de filtración lenta es de naturaleza física y biológica, podría ser
afectado por la temperatura y particularmente por grandes cambios, como puede suceder, de
bajas temperaturas a condiciones extremas de calor. Bajas temperaturas tienden a disminuir
la actividad biológica del filtro y por consiguiente a disminuir su eficiencia, mientras que
temperaturas del agua entre 10 y 20 °C son las más favorables. Temperaturas a 20°C generan
excelente tratamiento biológico, por períodos tan largos como lo permita la disminución del
oxígeno disuelto.
10.3 CONSIDERACIONES DE DISEÑO
En el mundo existen grandes diferencias en los sistemas de FLA, dado que su aplicación
depende de la calidad del agua cruda, del nivel de pretratamiento y de las condiciones locales, incluyendo la disponibilidad de materiales y capacidad de gestión y organización de la
comunidad. El diseño de un FLA debe garantizar el paso lento del agua a través del lecho de
arena, a razón de 0.1 a 0.3 m3/m2/h, mejorándose considerablemente su calidad al reducir en
ella la concentración de sólidos suspendidos y número de microorganismos (bacterias, virus,
quistes).
La velocidad no debe variar significativamente y para ello, el caudal a filtrar puede ser
controlado a la salida o a la entrada. En la figura 10.7 se ilustran las opciones. En ambas el
sobrenadante, con una profundidad máxima del orden de 0.75 m, asegura la energía para que
se del flujo a través del medio filtrante y de las estructuras necesarias para la recolección y
transporte del efluente.
En la opción de control a la salida, el nivel del sobrenadante tiende a permanecer alto y
constante, para lo cual se necesita el ajuste periódico de una válvula reguladora de pérdida
de energía en el efluente, que mantenga el caudal aproximadamente igual, a medida que el
lecho filtrante se colmata; esta opción es tradicionalmente utilizada en Europa y en parte
de las unidades que operan en Norteamérica. En su favor se argumenta la conveniencia de
un volumen sobrenadante grande sobre el lecho de arena, que amortigüe cambios cortos
de calidad de agua y proteja el lecho de arena de congelamiento parcial del sobrenadante.
En la opción de control a la entrada, el aumento gradual de pérdida de energía hidráulica en
el lecho, se compensa con un aumento gradual de nivel en el sobrenadante. En esta publicación se recomienda utilizar la modalidad de control a la entrada, principalmente porque
el operador puede ver el impacto de la colmatación del lecho en el aumento del nivel del
sobrenadante, facilitándole la programación de las acciones de limpieza correspondientes.
Esto también contribuye a simplificar las actividades de control y capacitación.
Las unidades de FLA operan usualmente con velocidades cercanas a 0.1.5 m/h, pudiendo
ser sobrecargadas hasta 0.2 ó 0.3 m/h, sólo durante períodos cortos en los cuales se realiza su
mantenimiento. Esta actividad debe ser programada y coincidir con períodos de baja demanda
en la localidad y con adecuados volúmenes de reserva en el tanque de almacenamiento. La
sobrecarga de un filtro debe ser un proceso gradual, que evite bajo toda circunstancia, un impacto negativo en la calidad del efluente. La experiencia europea de las últimas décadas es
142
:
:"
I
.
%
Filtración lenta en arena
diferente a la muestra, reportando unidades que operan con velocidades de filtración hasta 0.8
m/h; sin embargo debe tenerse en cuenta que los niveles de sólidos y microorganismos en los
afluentes a las unidades, son en general, muy bajos y las condiciones de operación y mantenimiento muy confiables.
de tirina ." - ;•
'• Sistema..'(|e .Uretraje ;•
1^1 H
A
X
K^ K 'î'i-
, • '. Lcehó tJe'.
•" . Sísteína-'dé. ' drenaje •.
B
Figura 10.7. Unidades de Filtración lenta en arena con control A) A la salida y B) A la
entrada. Las convenciones corresponden a las indicadas en la figura 10.1.
10.3.1 Criterios de diseño
En la tabla 10.1 se resumen los criterios de diseño presentados por varios autores
con base en diferentes experiencias y circunstancias. También se incluyen los criterios
recomendados por Cinara-IRC, obtenidos a partir del seguimiento y evaluación de
proyectos construidos en Colombia, tratando fuentes superficiales con diferentes niveles de riesgo.
143
Tabla 10.1. Criterios de diseño recomendados para unidades de filtración lenta en arena
(Pyper et al., 1991) y Cinara - IRC (1997).
Criterios de Diseño
Período de operación (h/d)
Período de diseño (años)
Velocidad de filtración (m/h)
Altura de arena (m)
inicial
mínima
Diámetro efectivo (mm)
0.15-0.30
Coeficiente de uniformidad
Aceptable
Deseable
Altura del lecho de soporte,
incluye drenaje (m)
Altura de agua sobrenadante (m)
Borde libre (m)
Arca superficial máxima por módulo (m2).
Huisman
and Wood
(1974)
Recomendación
Visscher Cinara, IRC
Ten States
et al.
(1997)
Standards
USA (1987)
(1987)
n.e.
n.e.
0.08-0.24
24
10-15
0.1-0.2
24
8-12
0.1-0.3
1.2
0.7
0.8
n.e.
0.15-0.35
0.9
0.5
0.30-0.45
0.8
0.5
0.15-0.30
<3
<2.5
n.e.
<5
<4
<2
<3
<2
n.e.
1-1.5
0.2-0.3
n.e
0.4-0.6
0.9
n.e
n.e
0.3-0.5
1
0.1
<200
0.25
0.75 (1)
0.1
<100
24
n.e.
0.1-0.4
( 1 ) Con desarrollo exponencial en la pérdida de carga en estudios a nivel piloto,
n.e.: no especificado.
La aplicación de técnicas adecuadas de pretratamiento, permitirá criterios de diseño más
flexibles, con un claro impacto en la ampliación de la competid vidad técnica y económica de
esta tecnología. La investigación en India por ejemplo, ha concluido que se puede operar un
FLA a velocidades de 0.3 m/h, en aguas con turbiedades menores de 5 UNT, sin afectar la
eficiencia bacteriológica. En Suiza y Holanda los FLA's operan entre 0.6 - 0,8 m/h, tratando
agua con turbiedades menores de 1 UNT y riesgo sanitario muy bajo, dado que el anuente al
filtro ha pasado por 6 u 8 procesos previos de tratamiento con controles de calidad muy
exigentes. Hn situaciones donde el control no se puede garantizar y los riesgos sanitarios son
altos, no es viable un gran incremento en la velocidad de filtración, dado que ello podría
implicar mayor penetración de las impurezas a remover y por consiguiente, incremento en la
frecuencia de limpieza y mayor volumen de arena a raspar, remover, lavar y transportar. En
consecuencia, para sistemas de abastecimiento de agua en comunidades rurales, pequeños y
medianos municipios, se recomienda una velocidad de filtración entre 0.1 y 0.3 m/h.
Los estudios desarrollados por Cinara - IRC en unidades FLA, a escala real y piloto, sobre
el desarrollo de la pérdida de carga, características granulométricas y altura de lechos de arena,
además del comportamiento hidráulico de manifolds, han permitido disminuir la altura total de
los filtros desde valores entre 2.20 y 2.40 m hasta 1.90 m, hecho que contribuye significativamente
a disminuir los costos de inversión inicial.
Durante el mantenimiento de un FLA, los módulos restantes pueden sobrecargarse con
los cuidados indicados previamente; sin embargo, al aumentar el número de módulos en
paralelo, la sobrecarga en el momento del mantenimiento disminuye en las unidades en ope144
Filtración lenta en arena
ración. Otra posibilidad interesante de sobrecarga, se puede presentar principalmente en zonas cafeteras durante el período de cosecha, cuando se incrementa la población por la migración de los recolectores de café. Durante este tiempo, que coincide con época de verano
(bajos niveles de turbiedad y posiblemente menor riesgo), se podría aumentar la velocidad
de filtración. Es entonces muy importante analizar los criterios de diseño y en algunas circunstancias, no asumirlos literalmente, pero sí buscar su entendimiento y aplicabilidad, sin
poner en riesgo la salud de la comunidad ni la permanencia de las obras en el tiempo.
Con relación al período de diseño se solicita al lector, más que pensar en un número,
procurar una buena estimación de la realidad local, considerando factores específicos tales
como, tasas de crecimiento negativas, impacto de la población flotante y aspectos
socioeconómicos y geográficos. Además, en la medida que el sector de agua y saneamiento se
descentraliza y se fortalece la participación del nivel local en la planificación y administración
de estos servicios básicos, es más importante que las inversiones guarden más armonía con el
uso eficiente de las obras y la capacidad de pago de la población productiva presente. Esto es
particularmente importante en el caso de FLA, donde hay poca economía de escala.
10.3.2 Determinación del número de módulos de filtración
El área superficial total requerida por los FLA's, es el resultado de la relación entre el
caudal máximo diario y la velocidad de filtración seleccionada. Un mínimo de dos módulos,
operando en paralelo, son requeridos para garantizar una operación segura y continua y posibilitar la limpieza del medio filtrante alternadamente. El número de módulos puede
incrementarse con un costo adicional bajo, pues este hecho aumenta la flexibilidad al ejecutar actividades de operación y mantenimiento.
El número adecuado de módulos rectangulares puede obtenerse a partir de la expresión:
n = (0.5) VÃ
Donde,
n = número total de unidades rectangulares operando en paralelo.
A = área superficial total (m2).
El área superficial máxima por módulo de filtración en zonas rurales, debe ser, preferiblemente inferior a 100 m2, pues facilita su mantenimiento en un sólo día. En algunas circunstancias el área por módulo puede estar condicionada por características topográficas y
geomecánicas, pero también factores hidroclimatológicos y culturales podrían condicionar
el dimensionamiento de las unidades, en este caso, áreas para operación y mantenimiento.
En términos de áreas mínimas requeridas de filtración, no hay un consenso en el valor,
pues éste puede depender del caudal de diseño, del comportamiento hidráulico de las unidades, de la facilidad de operación y mantenimiento, y de la capacidad para garantizar la continuidad de operación de las unidades.
10.3.3 Dimensionamiento de módulos de filtración
El tamaño, la forma y el número de unidades de filtración, determinarán la longitud total
de pared (Ltp) en unidades de FLA. Para unidades circulares, Lt puede calcularse con la
expresión:
LtP = 2n [nA]
145
Donde:
Lt =
n=
A=
n=
Longitud total de pared (m)
Número total de unidades de filtración
Area superficial de cada unidad (m2)
Número Pi = 3.1416
.
.. • .
Los filtros rectangulares tienen la ventaja de construirse con paredes comunes cuando las
unidades se sitúan una junto a otra (figura 10.8) La longitud total de pared (Lt ) puede calcularse así:
LtP = 2bn + a(n + l)
Donde:
Lt =
n=
b=
a=
Longitud total de pared (m)
Número total de unidades
Ancho de la unidad (m)
Longitud de pared común por unidad (m)
Figura 10.8. Disposición de un filtro lento en arena con (n) unidades rectangulares.
Para una determinada área superficial y cierto número de unidades con paredes comunes,
la longitud total de las paredes variará con diferentes combinaciones de (b) y (a), y adquiere
su mínima expresión cuando:
/ =
Donde:
146
a=
A=
n=
b=
2A
n + 1
b —
(n
Longitud de pared común por unidad (m)
Area superficial total (m2)
Número de unidades
Ancho de la unidad (m)
2n
Filtración lenta en arena
Con el valor de b, la ecuación para determinar la longitud mínima (Lm) de pared, para
filtros rectangulares es:
•
•
Z_ = 2 a (n + 1)
x 2[2A(n + l)]° 5
Donde:
Lm=
a=
n=
A=
Longitud total mínima de pared (m)
Longitud de pared por unidad (m)
Número de unidades
Area superficial total (m2)
Diferentes formas geométricas y diversos tipos de materiales, pueden considerarse al
planear la fase de diseño y construcción de los componentes principales de FiME. Los filtros
gruesos y los filtros lentos pueden proyectarse con base en consideraciones topográficas,
geomecánicas y disponibilidad de terreno. Algunas formas geométricas constructivas son
presentadas en la figura 10.9.
1 1
•y _L_
\
1 1
\ 7 ' ' ' 7
/
\.
' " ' y
a. Pirámide truncada
compartimien tos independientes
1 !
.1 .1
-
-
-
i
i
i
i
b. Pirámide truncada con muro
c. Prismática (base rectangular)
d. Cilindrica (base circular)
Figura 10.9. Formas típicas constructivas para los compartimientos principales de unidades de filtración gruesa y filtración lenta en arena.
147
10.4 ASPECTOS CONSTRUCTIVOS
Durante la fase de construcción, tres aspectos pueden ser considerados relevantes:
•
El entendimiento del proyecto a ejecutar, no solamente desde el punto de vista civil o
hidráulico, sino como proceso de tratamiento y más aún, como factor generador de
calidad de vida. Este hecho debe contribuir a generar una actitud de trabajo en equipo,
crítica y metódica, entre constructor, interventor, entes financieros y comunidad; ésta
última como beneficiaria final del proyecto.
• El cumplimiento del cronograma y del presupuesto del proyecto, son factores que dan
aceptabilidad y credibilidad ante la comunidad y las instituciones participantes. La
justificación oportuna y coherente de cualquier modificación al proyecto original,
puede obviar limitaciones durante el desarrollo normal del mismo.
• El cumplimiento de especificaciones técnicas con base en lo indicado en planos de
construcción, memorias técnicas y especificaciones para construcción o calidad de
materiales, son también factores que influyen en el éxito del proyecto.
Los dos últimos aspectos reflejan el avance de las obras civiles y es donde la comunidad
puede involucrarse con mayor participación.
La planeación y organización de "veedurías cívicas" son herramientas participativas que,
bien manejadas, contribuyen al buen desarrollo del proyecto.
Como aspectos relevantes específicos, que se deben controlar durante la construcción, se
incluyen:
•
•
•
•
Controlar la calidad del concreto y el hierro de refuerzo, lo mismo que el cumplimiento de especificaciones para grava y arena como medios de soporte y filtrante.
Verificar la instalación de juntas de construcción y/o dilatación, con base en planos y/
o especificaciones técnicas.
Revisar la instalación de pasamuros y puntos de empalme entre losas de fondo y
muros verticales, pues son foco de fugas de agua en las obras hidráulicas. Evitar
líneas de flujo o cortos circuitos entre la arena y las paredes verticales del filtro lento.
Para obviarlo se debe incrementar la rugosidad de la pared en contacto con la arena.
Realizar pruebas de estanqueidad a las estructuras antes del llenado con los medios
filtrantes.
Aunque estas recomendaciones son de tipo general, deben ser asimiladas y tenidas en cuenta cuando se va a llevar a cabo un proyecto de filtración en múltiples etapas. Los puntos aquí
expuestos son también aplicables a otras estructuras, tales como filtros gruesos dinámicos y
filtros gruesos ascendentes.
10.5 OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
Uno de los aspectos más atractivos del FLA es la sencillez de operación y mantenimiento. Para lograr su adecuado funcionamiento es muy importante que la puesta en marcha del
filtro se realice lentamente, con el fin de alcanzar la formación y maduración de la capa
biológica en un tiempo más corto; en la tabla 10.2 se describen los pasos requeridos para
poner en marcha el filtro lento y en la figura 10.7b se indican las válvulas y accesorios
básicos para iniciar el funcionamiento de un FLA.
148
Filtración lenta en arena
Tabla 10.2. Actividades para poner en marcha un nuevo filtro lento en arena.
Actividad
Acciones claves
Llenar ascendentemente el filtro
Abastecer la unidad utilizando la conexión provisional (C)
hasta que el agua aparezca sobre la superficie de arena.
Conservar (D) cerrado.
Abrir la válvula (D) para descender el nivel de agua hasta
0.1 m debajo de la superficie de arena. Conservar (C) cerrado.
Nivelar las irregularidades en la superficie de arena.
Realizar nuevamente la conexión provisional (C) hasta que
el nivel del agua alcance 0.2 m sobre la superficie de arena.
Cerrar (C).
Abrir la válvula (A) de regulación del filtro y mantener la
velocidad de filtración en 0.02 m/h.
Abrir la válvula (E) de desagüe del agua filtrada.
Aumentar la velocidad de filtración 0.02 m/h cada semana
hasta alcanzar la velocidad de diseño (generalmente 0.10 ó
0.15 m/h). Si al alcanzarla velocidad de diseño, la turbiedad es superior a 5 UNT, se debe continuar con la misma
velocidad hasta que la turbiedad sea inferior a 5 UNT.
Abrir válvula (B) o utilizar el cuello de ganso.
Durante el período de maduración del filtro, medir a diario
si el agua filtrada reúne los criterios de calidad acordados
para suministro.
Cuando la calidad el agua filtrada sea aceptable, cerrar la
válvula
(E) de desagüe del agua filtrada y abrir la válvula (F) de
distribución.
Nivelar la superficie del lecho de arena
Poner en marcha el filtro
Retirar el material flotante
Revisar la calidad del agua
Pasar el agua filtrada al sistema
de abastecimiento
Las tareas del operador dependen del tipo de control del filtro. Los filtros construidos en
Colombia poseen control a la entrada, en este caso, el aumento gradual de pérdida de energía
hidráulica en el lecho, se compensa con un aumento en el nivel del agua sobrenadante. Esto
hace sencillo el trabajo diario del operador quien sólo tiene que revisar y registrar el caudal
afluente, la calidad del agua cruda y tratada y remover material flotante, además de observar
y registrar el nivel de agua sobrenadante para estimar cuándo se debe realizar el raspado.
En el área superficial del lecho de arena es donde se acumula la mayor parte del material
inorgánico, orgánico y la biomasa. En esta biomembrana sucede la mayor parte de la pérdida
de energía hidráulica, de tal manera que su raspado permite recuperar la conductividad hidráulica del filtro. En las tablas 10.3 y 10.4 se indican las actividades de operación en el
filtro lento y el procedimiento para su raspado.
Los raspados periódicos continúan progresivamente hasta alcanzar una profundidad mínima del lecho de arena del orden de 0.5 m; una vez alcanzado este nivel, se debe proceder al
rearenamiento, para lo cual es importante conocer previamente la cantidad de arena disponible en la caseta de almacenamiento, que debe ser suficiente para restablecer la altura inicial
del lecho filtrante. Cerca del 20% de la arena instalada inicialmente en el filtro se pierde en
el lavado y transporte entre el filtro, la cámara de lavado y la caseta de almacenamiento. Es
necesario también prever los requerimientos de mano de obra para llevar a cabo el
149
rearenamiento a fin de efectuar la actividad en corto tiempo. En la tabla 10.5 se describe el
procedimiento para efectuar el rearenamiento de un FLA.
Tabla 10.3. Actividades de operación normal de unfiltrolento en arena con control a la
entrada.
Actividad
Acciones claves
Regular el nivel del agua sobrenadante
Remover el material flotante
Medir la velocidad de filtración
Regular la velocidad de filtración
No se requiere.
Es necesaria su remoción regular.
Revise su valor en la regla de aforo.
Manipule la válvula de entrada (A) para mantener la velocidad de filtración constante.
Cuando la altura del agua alcance el nivel de la tubería de
rebose en el cuello de ganso, se debe suspender el funcionamiento del filtro en servicio e iniciar su limpieza. Programe las limpiezas para que nunca saque de servicio más
de un filtro al mismo tiempo.
Decidir la limpieza del lecho
Tabla 10.4. Procedimiento para limpiar un lecho filtrante de arena.
Actividad
Acciones claves
Extraer el material flotante
Utilice la válvula (B) o el cuello de ganso y lleve
hacia éste el material flotante.
Cierre la válvula de entrada (A).
Continúe utilizando la válvula (B) o el cuello de
ganso y abra la válvula (D).
Limpie las paredes del filtro con un cepillo largo.
Cierre la válvula (D) cuando el agua llegue a 0.2 m
por debajo de la superficie del lecho filtrante.
Ajuste la velocidad de filtración en los otros filtros; no exceda la velocidad de 0.3 m/h.
Limpie todo el equipo, incluyendo botas.
Entre en la caja del filtro usando la escalera corta.
Raspe una pequeña área, cúbrala con tablas y coloque el equipo sobre ella.
Marque áreas (3x3 m2) raspando en franjas estrechas. Raspe 1 cm de la parte superior de cada área.
Lleve el material raspado a la plataforma de raspado.
Retire todo el equipo.
Use una tabla de raspar o un rastrillo de dientes
finos para nivelar la superficie.
Mida la altura desde el borde superior del muro
hasta el lecho filtrante.
La maduración generalmente toma de 1 a 2 días en
zonas tropicales (siempre y cuando la limpieza no
dure más de 1 día).
Aumente lentamente la velocidad de filtración en
Drenar el agua sobrenadante
Mantener la producción de agua de la planta
Limpiar el equipo
Llegar al lecho filtrante
Proteger el lecho filtrante
Raspar la capa superior
Retirar el material raspado
Retirar el equipo
Nivelar la superficie de arena
Comprobar la profundidad del lecho de arena
Dar tiempo para la maduración biológica
Ajustar la velocidad de filtración
150
Filtración Jcnta en arena
Pasar el agua al sistema de suministro
la unidad raspada, simultáneamente reduzca la velocidad de filtración en los otros filtros sobrecargados, hasta alcanzar la velocidad de operación normal en todas las unidades.
Si al segundo día la calidad del agua efluente del
filtro recién raspado es aceptable, cierre la válvula
(E) y abra la válvula (F) de suministro.
Como las características de cada planta son diferentes, se debe organizar con el operador
un esquema de trabajo que cubra todas las actividades diarias, semanales, mensuales y eventuales. Además, se tiene que desarrollar con el ente administrativo y el operador, un esquema
de monitoreo, y diseñar un formato que el operador discutirá semanal o mensualmente con
la administración del sistema de abasto.
En la figura 10.10 se ilustra una actividad periódica para cuya correcta ejecución, se
requiere la coordinación entre operador, ente administrador y comunidad.
Tabla 10.5. Procedimiento para rearenar un filtro lento de arena.
Actividad
Acciones claves
Raspar la capa superior
Drenar el agua del lecho filtrante
Extraer la arena
Siga los procedimientos indicados en la tabla 10.4.
Abra la válvula de vaciado (D).
Dependiendo del tamaño del filtro divi"1 la superficie en
varias partes y rearene una por una.
Tenga en cuenta que ha retirado 0.30 m y la altura de lecho
remanente en el filtro es 0.50 m.
Retire la arena de una zona del filtro y colóquela a un lado,
no saque la arena gruesa ni la grava.
Rellene con arena limpia el filtro, utilizando la almacenada en la caseta, hasta alcanzar una altura de 0.30 m, coloque sobre ésta la que previamente ha amontonado; hasta
alcanzar la altura máxima de arena.
Continúe el raspado con las otras zonas del filtro, procediendo de igual manera.
Nivelar la superficie de la arena, de la misma manera que
se hace después del raspado
Siga el procedimiento indicado en la tabla 10.3.
En condiciones tropicales, la maduración después de reponer la arena tomará de 3 a 15 días, dependiendo de la calidad de agua afluente.
Rellene el lecho de arena
Nivelar la superficie de arena
Poner en servicio nuevamente el filtro
Dejar madurar el lecho filtrante
151
Figura 10.10. Mantenimiento periódico de un filtro lento en arena. Raspado del lecho
de arena. La Sirena, Cali, Colombia, 1997.
152
•'It
11. EJEMPLOS DE DISEÑO DE SISTEMAS
FiME
En este capítulo se presentan a manera de ejemplo, los parámetros de diseño y dimensiones de tres sistemas de tratamiento que utilizan la tecnología FiME. En cada caso se han
considerado aguas crudas de fuentes superficiales con diferentes rangos de calidad, clasificados como bajo, medio y alto, según se estableció en el capítulo 7.
11.1 CALIDAD DE AGUA CON RAJO NIVEL DE RIESGO
11.1.1 Calidad de agua cruda
Después de estudiar las diferentes alternativas de abastecimiento disponibles en la zona
del proyecto y con base en los resultados obtenidos de las inspecciones sanitarias con la
comunidad y las autoridades del sector de agua y saneamiento, se identificó una fuente
superficial de ladera como la mejor opción, dada su calidad y nivel de variabilidad en el
tiempo, al igual que la posibilidad de suministro por gravedad. La fuente presenta una
cuenca bien protegida, con poca intervención humana y con pequeños asentamientos dedicados al pastoreo; no se identificó minería en la región.
Los datos de monitoreo de la calidad del agua de la fuente, muestran que los cambios
hidroclimatológicos en la región (dos períodos de lluvia y dos secos en el año) tienen muy
poco impacto en la variabilidad de la calidad y cantidad de agua. En la tabla 11.1, se
presentan los valores promedio así como la desviación estándar (DE) para el 95% las muestras.
Tabla 11.1. Calidad de agua en la fuente superficial clasificada con bajo nivel de riesgo.
Parámetro
Turbiedad (UNT)
Color Real (UPC)
Colifornies Fecales (UFC/lOOml)
Promedio; DE
Rango
(Mínimo; máximo)
Frecuencia
<95%
2.8; 2.0
5.4; 3.3
332; 303
0.6; 15
2.0; 21
46; 1920
11
15
660
11.1.2 Selección del sistemado tratamiento
Con base en los criterios presentados en el Capítulo 7, la calidad del agua presentada en
la tabla 11.1 puede ser tratada por una combinación de FGDi + FLA. El FGDi se orientará
al control de la variación en la turbiedad, particularmente cuando ésta sobrepasa las 10 UNT,
mientras que el filtro lento se orientará a la remoción de la contaminación microbiológica.
11,1.3 Parámetros de diseño y dimensionamiento del tratamiento
Para facilitar la interpretación y aplicabilidad de la información, se presenta un ejemplo
de diseño para un caudal de 2.01/s. Sin embargo, existen experiencias en Colombia tratando
agua de fuentes superficiales hasta 25.01/s y número de unidades en paralelo superior a dos;
por ejemplo 6 u 8. según Jos criterios de diseño presentados en los capítulos respectivos para
cada componente de FiME.
En la tabla 11.2 se resumen los parámetros de diseño empleados para este ejemplo, así
como las dimensiones de las unidades y características de lecho filtrante. En la figura 11.1 se
presenta una distribución en planta del sistema de tratamiento, incluyendo de estructuras,
tanque para contacto de cloro, cámaras de lavado, unidad de operación, caseta para almacenamiento de arena y zonas de acceso. Las figuras 11.2 y 11.3 presentan detalles del FGDi y
FLA respectivamente.
Tabla 11.2. Parámetros de diseño y dimensiones de una planta FiME que trata agua
superficial clasificada con bajo nivel de riesgo en su calidad de agua.
ítem
FGDi
FLA
2.00
2.00
3.60
2
0.15
2.00
48
2
2.70
0.70
0.70
5.70
4.20
1.90
Grava
Arena
0.6
6.0-25
dlo = O.2O
1.05
Cu =3.0
Características generales
Velocidad de filtración (m/h)
Caudal (1/s)
Arca superficial (mJ)
!
Número de unidades en paralelo
Dimensiones por unidad
Largo (m)
Ancho (m)
Altura total (m)
Lecho filtrante
Material
Longitud total (m) Incluye lecho de soporte.
Ver detalles de los lechos filtrantes y de soporte
en los capítulos 8 y 10.
Diámetro (mm)
Unid (id de nptracion*
Caseta de
| - almacenamiento
de arena
Cámara de salida •
Desagüe
Efluente dt FIA
A tanque de
almacenamiento
Tanque de
contacto di imh™
Figura 11.1. Planta general del sistema FiME para tratar aguas superficiales clasificadas
con bajo nivel de riesgo.
154
^
Ejemplos de diseño de sistemas FiME
11.2 CALIDAD DE AGUA CON NIVEL MEDIO DE RIESGO
11.2.1 Calidad de agua cruda
La fuente de abastecimiento seleccionada para este ejemplo corresponde a una fuente
superficial típica para zonas montañosas. Su cuenca presenta intervención humana, con
vertimientos de aguas residuales domésticas provenientes de pequeños asentamientos humanos de sitios campestres y de recreación, localizados aguas arriba del sitio de captación. En la
cuenca también se presentan algunas zonas deforestadas con erosión moderada.
La calidad del agua en la fuente es presentada en la tabla 11.3 y corresponde al resultado
de un año de monitoreo con frecuencia de una vez cada dos semanas. La información suministrada por la comunidad indica que durante el período de lluvia, ocurren cambios rápidos
en la calidad del agua, básicamente asociados con el contenido de sólidos suspendidos, con
una duración generalmente inferior a 5 horas.
Estructura de entrada
Vertedor de
Vertedor
entrada
de excesos
FGDi
Cámara
de entrada
Vertedor
de rebose ~i
Válvula de
control de flujo
Cámara de
excesos
Válvula de
apertura rápida
.Válvula
Grava 6 • 13 mm
Grava 13 • 19 mm
Urava ¡9 - 2b mm -
Desagüe_
Efluente
Desagüe
Tubería de recolecçhion
de agua filtrada y t 'avado
Tubería ...
de lavado
Cámara de
' ~~ lavado
Desagüe
Figura 11.2. Corte longitudinal del filtro grueso dinámico.
Estructura de entrada
Válvula de
control de flujo
Vertedor
Vertedor
de aforo
de excesos
Cuello _
de ganso
N.A. max.
__ Cámara
de salida
^_ A tanque de
^contacto de cloro
0.90
N. A. min.
Desagüe
Arena
Agua prêt rotada
—
Ijecha de soporte — •
Sistema de drenaje '
L Válvula
de drenaje
Figura 11.3. Corte longitudinal de un filtro iento en arena.
155
Tabla 11.3. Calidad de agua en la fuente superficial clasificada con nivel medio de
riesgo.
Parámetro
Turbiedad (UNT)
Color Real (UPC)
Colilormes Fecales (UFC/100 mi)
Promedio; DE
Rango
Frecuencia
(Mínimo; máximo)
<95%
15.0; 18.0
19.0; 15.0
5896; 11189
0.5; 102
4.0; 100
240; 69500
50
51
11000
11.2.2 S e l e c c i ó n d e l s i s t e m a d e tratamiento
Para los niveles de contaminación presentados en la tabla 11.3 y con base en los criterios
de selección de tecnología FiME expuestos en el capítulo 7, la combinación de FGDi +
FGAC + FLA, es la solución de tratamiento propuesta.
Durante los cambios bruscos de calidad en la fuente, el filtro grueso dinámico se orienta
a la protección del sistema de tratamiento contra altas concentraciones de sólidos suspendidos, removiendo material particulado principalmente. Durante períodos de estiaje e invierno
también contribuye en la remoción de otros elementos como turbiedad, coliformes fecales,
hierro y manganeso en menor proporción, según se indica en la tabla 8.3. El filtro grueso
ascendente en capas se orienta a la reducción tanto del contenido de sólidos finos como de la
contaminación microbiológica y algunos compuestos de naturaleza química.
11.2.3 P a r á m e t r o s d e d i s e ñ o y d i m e n s i o n a m i e n t o d e l s i s t e m a
En la tabla 11.4 se resumen los parámetros de diseño utilizados así como las dimensiones
de las unidades y características de lecho filtrante. La figura 11.4 presenta la planta general
del sistema de tratamiento y la figura 11.5, detalles del FGAC. No se incluye corte esquemático del FLA, pues sus características son similares a los indicados en la figura 11.3.
Tabla 11.4. Parámetros de diseño y dimensiones de una planta FiME que trata agua
superficial clasificada en el nivel medio de riesgo.
ítem
Características generales
Velocidad de filtración (m/h)
Caudal (1/s)
Area superficial (m2)
Número de unidades en paralelo
Dimensiones por unidad
Largo (m)
Ancho (m)
Altura total (m)
L«cho filtrante
Material
Longitud total (m). Incluye lecho de soporte.
Ver detalles de los lechos filtrantes y de soporte
en los capítulos 8, 9 y 10.
Diámetro (mm)
156
FGDi
FGAC
FLA
2.00
2.00
3.60
2
0.45
2.00
16
2
0.15
2.00
48
2
2.70
3.60
0.70
4.00
4.00
1.40
5.70
4.20
1.90
Grava
0.6
Grava
1.00(1)
Arena
1.05
6.0-25.0
1.6-25.0
Cu = 3.0
d10 = 0.20
Ejemplos de diseño de sistemas FiME
11.3 CALIDAD DE AGUA CON ALTO NIVEL DE RIESGO
11.3.1 Calidad de agua cruda
La fuente de abastecimiento corresponde a un río típico de valle, con caudal promedio
anual de 140 mVs. Su calidad esta afectada por dos períodos de lluvia, caracterizados por
deterioro en sus parámetros físicoquímicos y microbiológicos y dos períodos secos, donde
la calidad mejora desde el punto de vista físico principalmente.
El río recibe aguas residuales sin tratamiento, de poblaciones medianas y pequeñas asentadas
aguas arriba del sitio de captación. Adicionalmente, existen ríos afluentes que durante los períodos de lluvia arrastran gran cantidad de material suspendido y disuelto.
Los datos de la calidad del agua del río son presentados en la tabla 11.5, los cuales se
basan en cinco años de muestreo con frecuencia semanal, realizados en una estación de
investigación localizada cerca a la captación del sistema de abastecimiento de la localidad.
Estructura de entrada
Agua cruda
Unidad de operaciones
Vertedor_
de excesos
Caseta de
almacenamiento
de arena
Câmara de salida
Cámara de desagüe
Efluente FGAC
/
n-l
Vertedor de aforo
Camarade
lavado de arena
FIA
4.20
Cámara de salida
Desagüe
5.70
y
Ifluente FGAC
Tanque de
contactu de cloro
A tanque de
almacenamiento
Figura 11.4. Planta general del sistema FiME para tratar aguas superficiales clasificadas
con nivel medio de riesgo.
157
Estructura de entrada
Vertedor
de excesos
Válvula de
control de flujo
FGAC
Vertedor de
aforo
Ó--
Camarade
carga
Cámara de salida
Grava 3 - 6 mm
_Desagüe
Viene de FGDi
Grava 6-12 mm
Grava 12 - IS mn\
Grava 18 - 25 mm
Válvula de apertura rápida
Tubería para recolección de
agua filtrada y agua de lavado
Cámara de desagüe^
Tubería de drenaje
Figura 11,5* Corte longitudinal de un filtro grueso ascendente en capas.
Tabla 11.5. Calidad de agua cruda en la fuente superficial con alio nivel de riesgo.
Parámetro
Turbiedad (UNT)
Color Real (UPC)
Conformes Fecales (UFC/100 mi)
Promedio; DE
Rango
(Mínimo; máximo)
Frecuencia
<95%
65; 62
32; 17
15300; 7200
18; 780
12; 140
3200; 125000
90
38
18000
11.3.2 Selección del sistema de tratamiento
Debido a la pobre calidad del agua cruda, tanto en los parámetros físicos como
bacteriológicos, es recomendable utilizar mayor número de barreras de tratamiento que en
los casos anteriores. En este sentido, como se indica en el Capítulo 7, la selección recomendada para este sistema es una combinación de FGDi + FGAS3 + FLA, adoptando una velocidad de filtración de 0.3 m/h. La selección de este sistema está soportada con los resultados
obtenidos de la evaluación a diferentes combinaciones de FiME, llevadas a cabo en la estación de investigación adyacente.
¿g
11.3.3 Parámetros de diseño y dimensiones
En la tabla 11.6 se resumen los parámetros de diseño utilizados así como las dimensiones
de las unidades y características de lecho filtrante. En la figura 11.6 se ilustra la planta
general del sistema de tratamiento y las figuras 11.2, 11.3 y 11.7 contienen detalles de los
otros componentes.
158
Ejemplos de diseño de sistemas FiME
Tabla 11.6. Parámetros de diseño y dimensiones de una planta FiME que trata agua
superficial clasificada con alto nivel de riesgo.
Item
Características generales
Velocidad de filtración (m/h)
Caudal (1/s)
Area superficial (m2)
Número de unidades en paralelo
Dimensiones por unidad
Largo (m)
Ancho (m)
Altura total (m)
Lecho filtrante
Material
Longitud total (m) Incluye lecho de soporte.
Ver detalles de los lechosfiltrantesy de soporte
en los capítulos 8, 9 y 10.
Diámetro (mm)
FGDi
FGAS (3)
FLA
2.0
2.0
3.6
2
0.3
2.0
24
2
0.15
2.00
48
2.70
0.70
0.70
4
3
1.40
5.70
4.20
1.90
Grava
Grava
3.6(1)
Arena
0.6
6.0-25
1.6-25
Cu = 3.0
d ~ 0 20
2
1.05
(1) El análisis crítico de la información de calidad de agua, posibilitará disminuir o aumentar la altura de lecho de
grava. Alturas de lecho mayores a las indicadas requieren mayor frecuencia de mantenimiento y mayor tasa de lavado.
FGtX
Cámara de lavi
v
/
Cenefa de
almacenamiento
de arena
FLA
42
42
i
_J
5;
Cámara de lavado
de aremi
!
Efluente FIA
Figura 11.6. Planta general del sistema FiME para tratar agua de fuentes superficiales
clasificadas con alto nivel de riesgo.
159
o
Estructura de entrada
Vertedor de
excesos
Válvula de
control de flujo
I
FGAS3
C amara
de caga
C amara de
salida
0.20
Gntvii
6 • I-Í m m .
G ra va ; . î -19 mm ,
G ru va ¡9-25
mm .
0.75
~0. .< 0
0.20
G rüvu S -6 mm.
Grata 6 -13 mm,
GTttvti ¡3 -19 mm.
Cru ni 19 -H mm.
0.70
.1
0.15
«.IS '•
0.20 i
G ra
VU
3 -6 mm.
i 6 -13 mm
i 13 -19 m PI
0.15
0.1 5
Va a FLA
Sistema de distribución y drenaje
Figura 11.7. Corte longitudinal de un Filtro Grueso Ascendente en Serie de tres etapas.
11.4 CONSIDERACIONES FINALES
Además de las etapas de FiME aquí consideradas, se recomienda incluir la desinfección como barrera de seguridad. En tal sentido, la
dosificación de cloro y el dimensionamiento del tanque de contacto de cloro previo al tanque o reservorio de agua tratada, deben ser diseñados.
Finalmente, se recomienda al lector adoptar una actitud metódica, crítica y creativa a través del desarrollo de un proyecto de mejoramiento
de calidad de agua, no solamente al utilizar FiME sino cualquier otra tecnología, teniendo presente que el objeto final de su trabajo se orienta
a contribuir a mejorar la calidad de vida en asentamientos humanos.
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11.
168
ANEXOS
'•§
ANEXO 1
FORMATO DE SEGUIMIENTO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO
POR FILTRACIÓN EN MÚLTIPLES ETAPAS
CONDICIÓN ACTUAL
CONDICIÓN PREVISTA
CONDICIÓN
PRKVISTA
Calidad del amia
Medir lo.s parámetros de calidad en los siguicnlcs punios de acuerdo con lo señalado en el esquema del sislema incluido en el libro de regislru del operador.
Tiirhif-rluíl (UNT)
1
1
8.
ti
14
IS
Red
rnlnrflICl
N<70 UNT
N<50 UNT
N<1()1JNT
<5 LINT
<5 UNT
<5 UNT
<5UNT
1
IS
N<40UC
<15 UC
Conformes fecales (UFC/100 mi)
1
X
15
K.-.I
N<20000UFC7100ml
<l(MK.)UFC:/l()0ml
•il UFC7100 mi
<1 UI"C7IOOml
La Entidad Administradora ha efectuado visitas semanales u la planta de tratamiento para supervisar la labor del operador y brindar apoyo
Sí ( )
No ( )
TaiiHal di- la planta
1/s
¿Qué labores de mantenimiento ha efectuado en los
componentes del sistema de tratamiento?
Filrrn dínámirn 1 av^lo cíidn _
Hi'as
Filtros imifsnt- I :,vadn SíTrianal
Mi-nsnnl
N; Valor de ta condición
Revisar la cuenca.
Revisar' luiros gruesos.
Revisar planta tie tratamiento y tanque.
Revisar tanque de contacto ele dora y red de distribución.
avisar a la entidad administradora y a la wmunidad.
Revisar la planta, red de distribución. Buscar la causa del problema y la solución Discutii con la entidad
ítdministiatjora/coniunidad.
N<Qd
1
N>3 días
Semanal y mensual1
N>30 días
Actualmente las unidades presentan pérdidas de carga
de:
Filtros Jimesilíft
i-m
7
í-m
Filtnw lentos- II
rm
17
rm
Revisar la cuenca.
Revivir la planta y tanque.
Conversar con l¡i entidad administradora, reslatando
la ímponancia del acompañamiento al trabajo del
operador.
Sf
Olms í V ¿ruSIi-.ï1'Actualmente las unidades operan con velocidad de filtración:
Filtm ífiniimirn'
m/b
Filtros omr.sotí'
rp/h
Filtro'; Ipntns
m/h
Revisar la cuenca.
Revisar filtro dinámico.
Revisur filtros ynicsos.
Revisar Illiros letuos.
Revirar tanque Je almacenamiento.
Revisar tanque de almacenamiento.
Revisar icvl tic disnihució", ubicar puntos tic contaminación. Avisar a la comunidad, buítar apoyo.
1 m/h
0.60 m/h
0.15 m/h
NtO.lOm
N<0.70 m
Buscar la causa de que no se çsten efectuando las
lat>orcs de mantenimiento de acuerdo con las recomendaciones
Discutir con la entidad administradora, el operador
y la comunidad.
Dar capacitación para que se haga el mantenimiento adecuado.
Buscar las causas de sohitcarga o reducción en el caudal.
Si el problema es reducción de caudal, comparar'
con la rutina de mantenimiento y determinar la necesidad, incrementar frecuencia. Discutir con la
entidad admiriislrudora/opcrador/comunidad, e
implementar correctivos.
Establecer causa e implementai1 correctivos.
Revisar libro de registros del operador.
Comparar con el mantenimiento; si es necesario, aumeniar frecuencia en las labores de mantenimiento.
Qd: Cauda] de diseno
1 Esta frecuencia Je maulen i miento puede incrcmcnini SÍ en épota dú MU ¡into. Si se ha inovinentada buscar la causa y establecer conveniencia part el funcionamiento del sistema.
Fecha:
„
Sitios d e m ufotr e o (Ver Fisura A l l )
Responsable:
^ ^ _ ^ . ^ ^ _ _ _ ^ ^ _ _ ^ ^ _
MLTSO GRUESO DINÁMICO
CASFTA UE OPERACIÓN Y
AIMAfËNAMIENT'i nw ARENA
Figura Al-1. Sitios de muestreo en una planta FiME.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
172
Entrada (agua cruda)
Filtro grueso dinámico
Salida Filtro Grueso Dinámico
Entrada Filtro Grueso 1
Entrada Filtro Grueso 2
Filtro Grueso 1
Filtro Grueso 2
Salida Filtros Gruesos
9. Entrada Filtro Lento 1
10. Entrada Filtro Lento 2
11. Filtro Lento 1
12. Filtro Lento 2
13. Salida Filtro Lento 1
14. Salida Filtro Lento 2
Á
15. Tanque de contacto de cloro
16. Tanque de almacenamiento de agua tratada.
ANEXO 2
ESQUEMA DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE UNA PLANTA DE
TRATAMIENTO POR FILTRACIÓN EN MÚLTIPLES ETAPAS (FiME)
La tabla A2-1 ilustra un esquema base para la programación de actividades de operación
y mantenimiento. El esquema propuesto puede ser ajustado según las características propias
del sistema de tratamiento FiME existente.
Tabla A2-1. Tareas de operación y mantenimiento de la planta FiME.
Periodicidad
Filtro grueso dinámico
Diarias
* Control yregistrode caudal
(afluente y efluente)
* Medición y registro de
turbiedad.
* Revisión capa superficial
de grava.
Periódicas
* Limpieza del filtro
de carga.
Eventuales
* Retiro y lavado de toda la
grava del filtro.
Filtro grueso ascendente
Filtro lento
* Medición, control y registro
de caudal afluente.
* Medición y registro de
turbiedad.
* Retiro material flotante.
* Medición y registro de
pérdida de carga.
* Medición yregistrode pérdida
cámaras de entrada.
* Limpieza semanal.
* Limpieza mensual.
* Revisión tubería afluente.
* Retiro y lavado de toda la
grava del filtro.
* Control y registro caudal
efluente.
* Medición y registro de
turbiedad.
* Retiro material flotante.
* Limpieza canaletas y
* Raspado filtro
* Lavado arena.
* Rearenamicnto.
Una programación detallada para la realización de actividades periódicas en el filtro grueso
dinámico y en los filtros gruesos ascendentes, puede ser definida; sin embargo, actividades
como el raspado del filtro lento y el lavado de arena no poseen una periodicidad estricta y su
programación debe considerar un período de trabajo, más que una fecha exacta.
Dependiendo del tamaño de la planta, el operador requiere la participación de uno o más
ayudantes para ejecutar algunas actividades periódicas. Para realizar actividades eventuales
en los componentes de mayor tamaño (retirar todo el lecho filtrante en filtros gruesos o
rearenar los FLAS s), es necesario prever el número de personas requeridas para efectuar la
labor en el menor tiempo posible, a fin de no sobrecargar otras unidades de tratamiento
durante largos períodos de tiempo.
Una herramienta importante para el operador y que contribuye a alcanzar un mejor control sobre el funcionamiento del sistema, lo constituye el formato de control (ver página A23), el cual debe ser diligenciado diariamente según el programa de seguimiento concertado
con el ente de soporte en control y vigilancia de la calidad del agua. Los registros obtenidos
para los parámetros de interés deben ser comparados con los valores deseables, a fin de
identificar el funcionamiento de la planta de tratamiento y tomar acciones en caso de ser
necesario.
La información presentada en el formato para control del funcionamiento de la planta
FiME, son aplicables para sistemas que incluyen un filtro grueso dinámico, dos filtros gruesos ascendentes en capas y dos filtros lentos. Una planta con diferentes etapas de tratamiento, requiere de formatos con mayor o menor número de sitios de medición.
Otro aspecto importante a incluir en el esquema de operación y mantenimiento, es el
listado de actividades a efectuar cuando se presentan problemas en la planta, tal como se
indica en la tabla A2-2.
174
FORMATO DE CONTROL DE FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA
Semana del
Parámetro
al.
de 19
Sitio
Operador.
Hoja No._
Valor
Deseable
Día de la semana
Lunes
TYirbiedad
(UNT)
Caudal
(1/s)
Pérdida de Carga
(cm)
Cloro Resid.
(mg/1)
Limpieza
Observaciones
Entrada F. Grueso Dinámico (1)
Entrada F. Gruesos Ascendentes (3)
Entrada F. Lentos (8)
Salida F. Lento 1 (13)
Salida F. Lento 2 (14).
Entrada F. Gruesos Ascendentes
(4) + (5)
Entrada Filtros Lentos
(9) + (10)
Filtros Gruesos Ascendentes (4)
(5)
Filtros Lentos (11)
(12)
Tanque de Almacenamiento (15)
<I0
<5
<5
Caudal de
diseño
Caudal de
diseño
<0.l0m
<0.71 m
Entre
0,3 y 1
Martes
Miércoles
Jueves
Viernes
Sábado
Tabla A2-2. Problemas más frecuentes en plantas FiME y sus soluciones.
Problema
1.
Soluciones
No llega suficiente agua ;t la planta de tratamiento.
Llega mucha agua ;i los filtros gruesos ascendentes
y a los filtros lentos.
El agua no pasa entre el filtro grueso dinámico y los
filtros gruesos ascendentes, a pesar de que el filtro
grueso dinámico está limpio.
Durante la noche entra agua con mocho lodo a la
planta y alcanza a llegar a los filtros gruesos
ascendentes (esto se puede observar por el aspecto
del agua en la superficie de los filtros gruesos
Revise el estado de los componentes del Sistema que están
antes de la planta: bocatoma, desarenador, conducción,
incluyendo válvulas de purga y ventosas. Realice los
ajustes respectivos.
Controle que el filtro grueso dinámico sólo (rate la
cantidad de agua necesaria para los filtros gruesos
ascendentes.
Identifique si hay alguna obstrucción en la tubería o
válvula que comunica entre si los filtros; en caso positivo
introduzca una sonda por la tubería de llegada a los filtros
gruesos ascendentes. Si no es posible destapar la tubería,
solicite apoyo de un técnico.
Realice lavado adicional al filtro grueso dinámico y a los
filtros gruesos ascendentes, tal como se indica para el
lavado semanal. F.ste lavado no reemplaza el lavado
semanal normal.
ascendentes.
Abundancia de algas notantes en los filtros gruesos
ascendentes y en los filtros lentos, las cuales no
permiten una adecuada filtración y dan mal aspecto
a los filtros.
El agua efluente de los filtros gruesos ascendentes
no llega a los filtros lentos.
El agua que sale de los filtros lentos presenta
turbiedad mayor a 5 unidades nefelomélricas (UNT).
8.
El agua que entra al filtro lento presenta una
turbiedad entre 20 y 50 UNT.
9.
El agua que entra al filtro lento presenta una
turbiedad mayor que 50 unidades.
10. No sale suficiente agua del filtro lento después del
raspado de la arena.
11. Mal olor de la arena almacenada.
í
12. No hay regla de aforo o está fuera del sitio donde
fue ubicada inicialmente.
13. Regla de aforo con números borrados.
14. Agrietamientos o fisuras en los muros.
15. Fugas en las válvulas por:
Daño en el empaque.
Daño en el soporte.
Rotura por:
- Oxidación.
•• Exceso de pintura.
176
Retire diariamente, con la nasa, las algas notantes. Si
esto no es suficiente, puede ser necesario cubrir los filtrosIntroduzca una sonda por la tubería afluente a la estructura
de entrada a los FI.A'S o por la cámara de salida de
filtros gruesos ascendentes.
Mida la turbiedad que sale de los filtros gruesos
ascendentes y si es mayor a 20 siga lo indicado para el
problema # 8.
Si la turbiedad es menor que 20 revise el caudal de entrada,
tanto en los filtros gruesos ascendentes como en los filtros
lentos y realice los ajustes necesarios.
Si la turbiedad a la salida no disminuye avise a la Entidad
Administradora.
Disminuya la entrada de agua a los filtros gruesos hasta
que el caudal este en la mitad de lo normal. Si la turbiedad
se mantiene por lo menos una hora, por debajo de 20
UNT, ponga a funcionar los filtros gruesos con el caudal
normal.
Cierre la entrada de agua a los filtros gruesos ascendentes
hasta alcanzar la cuarta pane del caudal de operación.
Continue hasta que la turbiedad efluente sea inferior a
50 UNT.
Vacíe parte del agua del filtro hasta un nivel por debajo
de la arena y llénelo de nuevo por la cámara de salida
con agua limpia del otro filtro lento.
Lave adecuadamente la arena y realice la prueba de la
botella para asegurarse que quedó bien lavada.
Instálela con la asesoría de un técnico.
Avise a la Entidad Administradora para que se haga y se
instale nuevamente la regla, con la asesoría de un técnicoRealice la reparación lo antes posible. Si no puede hacerla,
avise al ente administrador y solicite apoyo técnico.
Rn cualquiera de estos casos repare lo antes posible el
daño y cambie la válvula si es necesario.
Las válvulas se deben lubricar y pintar periódicamente
para evitar daños en el soporte, problemas en el cierre y
oxidación.
ANEXO 3
REQUERIMIENTO DE VÁLVULAS EN PLANTAS FiME
Tomando como base los criterios de diseño de cada componente FiME presentados en
los capítulos 8, 9 y 10 tanto para las actividades de filtración como para lavado de las unidades, y tratando de facilitar en toda circunstancia la adecuada ejecución de las actividades de
operación y mantenimiento, se presenta en la tabla A3-i, las necesidades de válvulas (tipo
bola, compuerta y mariposa) para diferentes alternativas de tratamiento, indicando en cada
caso, número y tipo de válvulas requeridas y diámetros respectivos.
Tabla A3-1. Requerimiento de válvulas en plantas FiME, para caudales entre 2 1/s y 25
1/s.
Alternativas FiME
Caudal
1/S
FGDi + FLA
FGDi + FGAC + FLA
FCDi + FGAS2 + FLA
FGDi + FGAS3 + FLA
2
4B(1.5")
+2M(4")
8B(I.5")+1C(3")
+2M(3")
8B(2")+IC(4")
+2M(4")
8B(2")+IO(4")
+2M(4")
8B(2.5")+1C(6")
2M(6")
8C(3")+1C(6")
+2M(6")
8C(3")+1C(A")
+2M(6")
I2C(3")+IC<8")
+2M(6")
12C(3")+IC(8")
+4M(6")
12C(3")+1C(8")
+4M(6")
I6C(3")+IC(«")
+4M(6")
4B(1")+3B(2")+6B(1.S")
+4M(4")
8B(1.5")+2B(2")+1C(3")
+2M(3")+2M(4")
8B(2")+1C(4")+2C(3")
+2M(4")+2M(6")
8B(2")+K:(4")+2C(3")
+2M(4")+2M(6")
8B(2.5-)+IC(6")
+2C(4")+4M(6")
I2C(3")+1C(6")
+6M(6")
I2C(3")+1C(6")
+6M(6")
16C(3")+1C(8")
+2M(6")+4M(8")
16C(.V')+1C(8")
+4M(6")+4M(8")
12C(3")+lC(H")
+4C(4")+4M(6")+4M(S")
16C(3")+1C(8")
+4C(4")+4M(6")+4M(8")
4B(1")+3B(2")+6B(1.5")
+6M(4")
8B(1.5")+2B(2")+IC(3")
+2M(3")+4M(4")
8B(2")+1C(4")+2C(3")
+2M(4")+4M(6")
8B(2")+1C(4")+2C(3")
+2M(4")+4M(6")
8B(2.5")+1C(6")
+2C(4")+6M(6")
12C(3")+1C(6")
+ 1()M(6")
I2C(3")+1C(6")
+ 1()M(6")
16C(3")+1C(8")
+2M(6")+RM(8.")
16C(3")+1C(8")
+4M(6")+8M(8")
12C(3")+1C(X")
4C(4")+4M(6")+8M(8")
16C(3")+1C(8")
4C(4")+4M(6")+8M(8")
4B(1")+3B(2")-MSB(1.5")
4
6
8
10
12
15
18
20
22
25
8B(1,5")+2B(2")+1C(3")
+2M(3")+6M(4")
8B(2")+1C(4")+2C(3")
+2M(4")+6M(6")
8B(2")+1C(4")+2C(3")
+2M(4")+6M(6")
8B(2.5")+IC(6")
+2C(4")+8M(6")
I2C:(3")+1C(6")
+ 14M(6")
I2C(3")+1C(6")
+ 14M(6")
16C(3")+1C(8")
+2M(6")+12M(8")
16C(3")+1C(8")
+4M(6-)+l2M(8")
12C(3")+1C(8")
4C(4")+4M(6")+I2M(8")
16C(3")+1C(8")
4C(4")+4M(6')+12M(8")
Notas: 1. B= Válvula de bola; C = Válvula de compuerta; M = Válvula de mariposa. Ejemplo 4B (1 ") significa
4 válvulas de bola de 0 1 ".
I
ANEXO 4
ACCESORIOS DE SISTEMAS DE FILTRACIÓN
EN MULTIPLES ETAPAS
Los accesorios más comúnmente usados en el diseño defiltrosgruesos pueden clasificarse
en dos grupos de acuerdo al uso.
1. CONTROL DE LA OPERACIÓN
Dentro de este grupo se incluyen las compuertas para regulación de caudal, los vertederos
de aforo y las reglas de aforo. Estos dispositivos son descritos en los ítems siguientes:
1.1. Compuertas de regulación de caudal
Las primeras experiencias de Cinara consideraron como elemento de regulación, las compuertas construidas en lámina de hierro protegidas con anticorrosivo y reguladas con un
tornillo sinfín (figura A4-l,a). Entre los limitantes presentados por estos sistemas, se incluían la necesidad periódica de protección contra las corrosión y principalmente, su baja
sensibilidad como elemento regulador para caudales pequeños (<10 1/s). Ante tal situación,
se desarrolló otro tipo de compuerta conocida como, compuerta en Te (figura A4-l,b),
construida aprovechando acrílico y accesorios comerciales como PVC sanitaria, mucho más
sensible a la variación de nivel de agua y caudal, pero con problemas en la combinación
de los materiales empleados y con altos costos de construcción, dada su elaboración
artesanal.
Ftuoda do Manojo
Soldada al Vastago
Palanca de Mana/o
Tuarcs Soldada
Nipls PVC
Platina
Lamina en
Acrílico
lãmpaque tie
Ceucho
Proyección
Lamine en
Aorilteo
En Lamina 'Js tiierm
Figura A4-1. Compuertas de regulación construídas con diferentes materiales: (a) en
lámina de hierro, (b) combinando accesorios I'VC sanitaria y acrílico.
Para obviar esto y los problemas de corrosión y durabilidad en los materiales y considerando su facilidad de maniobra y de consecución en los mercados locales, se recomienda emplear
válvulas de compuerta o de bola, que se adaptan sin mayor inconveniente a los diferentes tipos
de tuberías y accesorios existentes comercialmente.
1.2 Vertederos
Regularmente los vertederos se emplean para medir el caudal de agua que fluye libremente
y está expuesto a la presión atmosférica. Los vertederos más comunes son los de pared delgada,
con abertura rectangular o triangular sobre la cual fluye el agua. La pared del vertedor, usualmente, se construye en material metálico (acero o bronce) o sintético (acrílico), cuyos bordes
en la escotadura se especifican relativamtente afilados, con el fin de disminuir la pérdida de
carga y facilitar la libre depresión de la lámina de agua. En la figura A4-2 se muestran dos tipos
de vertederos de pared delgada. De éstos, el vertedero triangular (a) es el más usado para
caudales pequeños (<301/s).
Figura A4-2. Vertederos de pared delgada: (a) de abertura triangular (b) de abertura
rectangular.
Hay dos condiciones básicas para el correcto diseño de vertederos. En primer lugar, el
vertedero debe instalarse en el canal de acceso, en forma tal que la velocidad de aproximación sea cercana a cero; en segundo lugar, la altura de agua H, que se correlaciona con el
caudal a medir, no corresponde a la lámina de agua que cruza exactamente sobre la sección
del vertedero sino a la diferencia de alturas entre la cresta o vértice del vertedero y el nivel de
la superficie del agua, medida a cierta distancia, entre 6 y 10 H aguas arriba de dicho punto
(figura A4-3).
1.3 Reglas de aforo
Los primeros desarrollos de Cinara para medir caudales, utilizaron el sistema de flotadores
metálicos instalados en la cámara de aquietamiento, donde la altura de agua sobre el vertedero se trasladaba utilizando un dispositivo mecánico, hasta una tabla previamente calibrada,
según las características del vertedero empleado. A partir de la lectura en la tabla, se obtuvieron los valores de caudal y velocidad de filtración. La dificultad de lectura, de calibración
del vertedero y la interpretación del resultado, limitaron el uso cie este tipo de accesorios.
180
Anexo 4
Figura A4-3. Carga de agua sobre el vertedero.
Para facilitar el trabajo del operador y superar las limitaciones encontradas, se implemento
otro dispositivo fundamentado en la utilización de reglas con señales de colores (verde, amarillo y rojo) que permiten de manera visual, registrar variaciones de caudal y por consiguiente, de velocidad de filtración de las unidades (figura A4-4). Cuando el nivel de agua en la
zona de medición alcanza el color verde, se indica la condición de diseño de la planta; el
color amarillo pintado por encima del verde, indica la zona de sobrecarga admisible (generalmente hasta el 50% del caudal de diseño), el amarillo por debajo, representa la zona en la
cual se aconseja operar el filtro en los momentos de picos afluentes de turbiedad; la zona roja
tanto superior como inferior al color amarillo, indica al operador, velocidades extremas tanto
altas como bajas. Las reglillas se construyen fácilmente en aluminio, madera o acrílico.
1.4 Tubería móvil para rebose y drenaje del sobrenadante en las unidades FLA
Este elemento denominado cuello de ganso, dada la movilidad de la tubería, permite que
se use como rebose o que se sumerja para drenar el sobrenadante en corto tiempo, tal como se
indicó en el Capítulo 10. Una descripción detallada de los accesorios requeridos por este
dispositivo se presenta en la Figura A4-5.
1.5 Tubería para drenaje
Existen experiencias positivas en la utilización de tubería de drenaje PVC corrugada,
como sistema de drenaje en filtros lentos, dada la facilidad de instalación, transporte, economía, comportamiento mecánico e hidráulico. Este aspecto importante, derivado de esta
experiencia, consiste en permitir disminuir el espesor de la capa de grava por encima de los
tubos corrugados de PVC, a solo 100 mm, tal como se presentó en el capítulo 10, cuando se
especificó el medio de soporte.
2. MANTENIMIENTO
2.1 Válvulas de drenaje de apertura rápida
Son dispositivos de descarga instalados en el sistema de drenaje de las unidades de filtración gruesa para facilitar su mantenimiento, pues mediante aperturas y cierres rápidos, se
generan condiciones hidráulicas que producen un impacto sobre el lecho filtrante, promo-
181
viendo la desestabilización y arrastre de material acumulado en él y que no alcanza a ser
removido a través de una simple descarga de fondo (Wolters, 1988).
a
(Ips)
1S
713
14
8.00
....
s.oo
IP.
no
3.3O
ZONA ROJA
ï3
~.'.r- 1 ï
ZONA AMARILLA
ZONA VEHDE
s.ei
2.01
• " ^
1.S1
3
ZONA AMARIU-A
a
1.09
0.73
6
ote
O.2B
ZONA ROJA
2
Í
Figura A4-4. Regla de aforo.
1
1.
2.
3.
4.
Codo PVC Sanit 0 " x 45 CxC
Niple PVC Sanit. 0 x L
Codo PVC Sanit 0 " x 90 CxC
Niplc PVC Sanil. 0 x 25 cm
5.
Tec PVC Sanil. 0
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Adaptador ilc limpieza PVC Sanitaria
Niple píisamuro PVC Sanitaria
Niple PVC Sanitaria
Empaque plástico
Niple PVC sanitaria
Varilla corrugada 0 1/2"
Listón de madera
Tornillo, arandela y tuerca
Abrazadera metálica.
Figura A4-5. Esquema constructivo del cuello de ganso.
182
: ' ' • • '
Anexo 4
En la figura A4-6 se presentan dos esquemas de este tipo de válvulas, que corresponden
a desarrollos iniciales para la limpieza de los filtros gruesos en la década de los 80s. La
primera derivada de una experiencia Peruana (a) y la segunda (b) desarrollada en Colombia
usando como modelo las tapas de las vasijas de transporte de leche. En ambas experiencias
el operador entra en contacto con el efluente del lavado implicando riesgos para la salud, lo
cual hace no recomendable el empleo de este tipo de dispositivos.
Figura A4-6. Válvulas de drenaje, (a) Experiencia peruana, (Pardon, 1989). (b) Experiencia colombiana, (Cinara, 1989).
La válvula comercial tipo wafer, con disco de mariposa y mando de palanca, es ilustrada en las
figuras A4-7 y A4-8. El cuerpo de este accesorio es fabricado en hierro fundido, acero inoxidable
y bronce, entre otros. Como características principales se destacan: fácil maniobrabilidad,
estanqueidad total, reducida pérdida de carga y facilidad en el montaje y desmontaje.
Figura A4-7. Válvula de apertura rápida tipo comercial, cerrada.
183
Figura A4-8. Válvula de apertura rápida tipo comercial, abierta.
Adicionalmente y dado el tipo de unión (bridas) que posee la válvula, ésta se puede
acoplar fácilmente en la tubería de drenaje de las unidades de filtración gruesa, antes del
punto de descarga, disminuyendo el riesgo por contacto entre el operador y el agua de lavado. Estas ventajas hacen que la válvula tipo wafer presente las mejores características técnicas y de operatividad.
2.2 Mallas de plástico
#
Actualmente se promueve la colocación de mallas de plástico, con el objeto de separar
las diferentes capas de grava cuando son colocadas dentro del filtro grueso o del filtro
dinámico. Dos fines son buscados: primero, permitir al operador controlar la profundidad
de penetración de la planta durante el lavado superficial de los filtros y segundo, mantener la
estractificación de las gravas por tamaños cuando se extraen de la unidad.
184
ANEXO 5
DISEÑO DE MULTIPLES
1. CRITERIOS DE DISEÑO
Los múltiples consisten en un conducto principal, con laterales normalmente espaciados
a intervalos regulares, por medio de los cuales se pretende alcanzar una adecuada distribución de flujo y garantizar así, al menos desde el punto de vista hidráulico, el mejor comportamiento de la estructura o reactor, al cual el múltiple esta asociado.
Los múltiples son estructuras hidráulicas muy importantes y de frecuente uso en plantas
de potabilización, plantas de tratamiento de aguas residuales, piscinas de enfriamiento,
bocatomas, reactores industriales, etc.
Pueden ser diseñados dos tipos de múltiples: unos que distribuyen el flujo (múltiples
difusores) y otros que lo recolectan (múltiples recolectores). Algunos múltiples cumplen esa
doble tunción como es el caso de los sistemas de drenaje en los filtros rápidos en plantas de
potabilización o en las unidades de filtración gruesa de flujo vertical.
Debido a la carencia de un método adecuado de cálculo, se ha descuidado el diseño de
estas estructuras, por lo cual es frecuente observar que su pobre comportamiento es causa
importante de bajas eficiencias en distintas unidades de tratamiento. En la revista "Proceedings
of the American Society of Civil Engineers" Hudson et al. (1979) presentaron un estudio
muy interesante de los ingenieros H. Uhler y R. Bailey, quienes con base en la evidencia
experimental de otros investigadores (Mcnown, Hartigan, Lansford, Miller, Thoma y Vennard),
obtienen ecuaciones que permiten calcular los coeficientes de pérdida de carga en los laterales, tanto de múltiples difusores como recolectores y dan un procedimiento de cálculo para
múltiples difusores, cuando sólo se tienen en cuenta las pérdidas por entrada o salida de los
laterales, despreciando la fricción.
En un filtro grueso de flujo vertical ascendente, la utilización de los múltiples se hace en
los dos sentidos: difusor durante el proceso de filtración y recolector durante el proceso de
lavado. Durante el proceso de filtración, los caudales son pequeños y por este motivo el
proceso no es el más desfavorable, con mayor razón si se tiene en cuenta el efecto distribuidor de las gravas como material filtrante. Durante el lavado, la condición del múltiple cambia y es más desfavorable debido a las altas velocidades implicadas; en este caso el múltiple
se convierte en recolector ya que el lavado se hace en forma descendente.
La distribución uniforme de caudales es esencial para el buen funcionamiento del múltiple. Una distribución aceptable de caudales entre el orificio más cercano a la salida del múltiple y el má.s alejado de ella es de un 20%.
A continuación se presentan algunas recomendaciones dadas por Fair et al. (1981), sobre
criterios de diseño de múltiples usados para la recolección de agua filtrada, y que también
sirven para la distribución del agua de lavado, en filtros rápidos, resumidas en la tabla A5-1.
•
•
Relación del área del orificio y el área del lecho lavado: entre ( 1.5 y 5.0) x 103 a 1.0.
Relación del área del tubo lateral a la suma de las áreas de los orificios: (2.0 a 4.0) a
Relación entre el área de la tubería principal a la suma de las áreas de las tuberías
laterales: entre (1.5 a 3.0) a 1.
Diámetro de los orificios: entre 1/4" y 3/4" (de 6.35 mm a 19.05 mm).
Espaciamiento entre los orificios: de 3 a 12". (de 7.6 a 30.5 cm).
Espaciamiento entre laterales: aproximadamente igual al de los orificios.
Tabla A5-1. Resumen de criterios de diseño. Tomado de Fair et al. (1981).
Item
Ro = S área orificios/área de lecho
R¡ = S área orificio/área lateral
Rp = S área lateral/área principal
Diámetro orificios (mm)
Espaciamiento entre orificios (m)
Espaciamiento entre laterales (m)
Recolector
Difusor
0.OO15-O.0O5
0.3 - 0.5
0.3 - 0.5
6-19
0.1 -0.3
0.5- 1.0
O.OO15-O.OO5
0.4- 1.0
0.4-1,0
6 - 19
0.1-0.3
0.5-1.0
2. DERIVACIÓN DE LAS ECUACIONES FUNDAMENTALES
En este estudio se usan las ecuaciones obtenidas por Hudson et al (1979) y se presenta un
procedimiento generalizado para el cálculo de múltiples, tal como se indica en los párrafos
siguientes:
2.1 Múltiples difusores
Para derivar el procedimiento de calculo de múltiples se tiene en cuenta la figura A5-1 y
la nomenclatura que se indica a continuación:
Q= Caudal total al inicio del múltiple.
Vi= Velocidad en el tramo i del conducto principal del múltiple, inmediatamente
antes de un lateral i.
Qi= Caudal del tramo i cuya velocidad es V.
vi= Velocidad en el lateral i.
q.= Caudal en el lateral i, cuya velocidad es v.
A.= Area del conducto principal en el tramo i
a.= Area del conducto lateral i.
h'f= Pérdida de carga entre un punto en el conducto principal, inmediatamente anterior a ta derivación y otro en el conducto lateral de derivación, inmediatamente
después. Es la pérdida de carga por entrada al conducto lateral.
H.= Pérdida de carga total en un lateral i que incluye la de entrada y salida.
g= Aceleración de la gravedad
a= Coeficiente de velocidad para expresar las pérdidas por entrada en función de la
carga de velocidad en el lateral, según Ecuación (2).
B= Coeficiente usado cuando se incluye la pérdida de carga por salida.
Para los resultados experimentales usados por Hudson et al. (1979), se hacen las siguientes aclaraciones:
186
Anexo 5
•
El área en el conducto principal permanece constante antes y después de una derivación.
La derivación se hace a 90° con respecto al eje del conducto principal.
El conducto lateral de la derivación es circular y se empata a ras con el conducto
principal, es decir, sin prolongaciones dentro de este conducto.
Se utilizan diferentes relaciones de área lateral a principal
•
•
•
Desear g a Punto 2
/
Lateral
v%
í
qi
A
V,
'
., a
m
Punto l/ *
Punto de Ramificaeiân
/ ^
" »!
"Sí~ Gradiente de Energía l'rincipal
Gradiente de Energia Principal
u
_ y
Gradiente de Presión Principal
Ïi
j \
A
>v
K >ta.2
hf =
Ak =
g =
Pérdidaw entre laterales
V 1 =
Cambio en línea piezométrica va =
Va =
Aceleración de la gravedad
A
Area
=
Gradiente de Presión Principal
k
Gradiente de Energía Lateral
^
Gradiente de Pression Lateral
Velocidad de aproximación en el principal
Velocidad en el lateral
Velocidad posterior en ni principal
Figura A5-1. Condiciones en un múltiple difusor.
De acuerdo a lo anterior y a lo indicado en el figura A5-1, la pérdida de energía entre el
punto 1 y el punto 2 puede ser expresado como:
(1)
Hi = h ' i , + 1.0 (V.)
2g
h'f, =
«(Vi) 2
2g
(2)
Haciendo uso de resultados experimentales de diferentes múltiples, Hudson et al. (1979),
dibujaron los valores de a vs (V/v.)2 según se indica en la figura A5-2, indicando así que el
valor de a cae dentro de una línea recta según la ecuación (3):
187
« - *^4 +
(3)
CX= —|
VL
Laterales
Largos
2"g
'TatcralcsTn -Lanwford
Cortos
o=Hartigan
L < 3d | 4 = Thoma
Laterales! ,=McNown
Largos
A =Vennard-Dent.oni
|
Figura A5-2. Coeficiente de pérdida por entrada a laterales saliendo de un múltiple
difusor.
Los valores de F y q. son diferentes según se trate de laterales cortos o largos. Un lateral
corto se define como aquél cuya longitud es menor que tres veces su diámetro. Los valores de
F y q. aparecen en la tabla A5-2.
Tabla A5-2. Valores de F y q para laterales cortos y largos. Tomado de Hudson, (1981).
Lateral
Largo
Corto
188
F
0.4
0.7
0.90
1.67
Anexo 5
Los coeficientes para el lateral largo son menores que para el corto, probablemente porque el primero permite una recuperación parcial de la carga de velocidad, al expandirse el
chorro después de su contracción.
(^-f
(4)
+ 0, + 1.0
Vi
Teniendo en cuenta las pérdidas por salida y haciendo R = a/A o para laterales cortos, se
tiene según Hudson et al., (1979):
P = t(—t
+ e, + LO
'
(5)
V,
En los párrafos siguientes se analiza el efecto del coeficiente R y la presión a lo largo del
conducto principal: Castilla y Galvis (1985).
- Coeficiente íi
La situación ideal para un orificio que descarga a un lateral, es que aguas arriba de la
derivación el fluido esté perfectamente quieto.
En un múltiple difusor, el último lateral se acerca a esta condición. Al inicio del múltiple
el conducto principal lleva todo el caudal y por lo tanto, la velocidad a lo largo del conducto
es máxima en esta zona si su sección es constante. Al final, habiéndose derivado la casi
totalidad del caudal, la velocidad es mínima. Mientras menor sea la velocidad en el conducto
principal, menor será la fuerza necesaria para producir el cambio de velocidad hacia el lateral, por lo cual, se facilita la entrada del agua en este último conducto. Por esta razón, el
coeficiente lí va disminuyendo hacia aguas abajo y los laterales finales, tienden a derivar más
caudal. Se comprende pues, la importancia de este coeficiente en la distribución del flujo a lo
largo del múltiple.
- Presión a lo largo del conducto principal
Si las pérdidas por fricción y cambios de velocidad fueran menores que la carga de recuperación a lo largo del conducto principal, la presión aumentaría hacia aguas abajo en este
conducto. En estas condiciones, la descarga en los laterales finales sería mayor que en los
iniciales por este concepto. Generalmente las pérdidas por fricción son mayores que la carga
de recuperación y por este solo aspecto, las descargas tienden a disminuir hacia el final de
múltiple. Las pérdidas de carga a lo largo del conducto principal tienen un efecto compensador
en relación con el efecto del coeficiente 6, en un múltiple difusor.
En resumen, la descarga en los laterales es el resultado del efecto combinado de las cargas de recuperación, del coeficiente 1Î y de las pérdidas por fricción y cambios de velocidad
a lo largo del conducto principal. La importancia de cada uno de estos factores depende de
las condiciones de cada caso particular.
Ocurre con frecuencia que las pérdidas en el conducto principal se pueden despreciar,
sobre todo en un nuevo diseño. En estos casos es posible determinar aproximada pero directamente, la relación de áreas entre el lateral y el principal para producir una distribución de
caudal uniforme, dentro de una variación dada. Para el caso de un 20% y para múltiples
difusores, se calcula en la forma siguiente:
189
Para el último lateral se puede admitir que fi= 1.70 por ser la relación V/v = 0 (Laterales
cortos).
La pérdida de carga en el último lateral n es por lo tanto:
2g
2g
En las condiciones que se están analizando, las pérdidas de carga son iguales en todos los
laterales y por lo tanto:
p, = 1.7 * (1.20 f = 2.448
(8)
Admitiendo que:
1¡ + In
SL
=
2
(9)
n
'
.
••
•
•
Donde n es el número de laterales. Teniendo en cuenta que se está obligando a que qn sea
igual a 1.2 qJt se tiene:
(10)
w *
=
«
-
•
•
.
,
•
•
Reemplazando la Ecuación (10) en la (5) y (8) se consigue:
l.
=
1.67
O
(R-—^
f
0.909 Q
(U)
+ 1.7 =
2.448
de donde: R =
Como en el caso de múltiples difusores, las pérdidas de carga en la tubería principal
tienen un notorio efecto compensador; para este caso es razonable, de acuerdo con la experiencia adquirida, adminitir R= 1.0/n.
2.2 Múltiples recolectores
El múltiple recolector, como su nombre lo indica, es aquél en el cual el caudal final en el
conducto principal es mayor que el caudal inicial. La pérdida por entrada es igual a 0.4 ó 0.5
veces la carga de velocidad en el lateral, valor no incluido en la pérdida h'f de la ecuación (7)
La pérdida h'f se produce entre un punto en el lateral, inmediatamente después de su entrada
y otro punto en el conducto principal, después del lateral, debido al cambio de velocidad
190
Anexo 5
entre dichos puntos y al cambio de dirección. En la Figura A5-3 se muestra un esquema de la
situación. En la Figura A5-4 tomada del libro Water Clarification Processes de H.E. Hudson
(1981), se muestra la gráfica de a vs V/v.
G r a d i e n t e dr. e n e r g í a en el
l a t e r a l , denpuns de IÏÏ e n t r a d a
(¿radie; nU: de prosiunes en cl iïi
l a t e r a l , des? pu és de la e n t r a d a
C r a d i e n t. o de e n e r g í a c o n d u c t o ^
prim.1 i ¡jal, ¡mies del lateral
Pérdida por salida del lateral
al descargar en el múltiple
Gradiente du energía conduelo
principal, defipileH del lateral
fi TH d i e n t.t; de ¡> r c. s i u n e H
c o n d u c t o p r i n c i p a l , an t e s
del l a t e r a l
i
ví
2
' " — Gradiente de presiones
conducto principal, después
del lateral
Figura A5-3. Condiciones de un multiple recolector.
Alfa (a) sigue siendo la relación entre la pérdida de carga h'f y la carga de velocidad en el
lateral:
h'f,
a
2g
= 1 - [0.7i^f
(13)
2.3 Relación de áreas para distribución uniforme y fricción despreciable
Para este caso utilizamos la Ecuación (13) :
7.5 - O
(14)
191
i
i
•S^
o
Di / D
=
0.S5
/D
=
0.5
=
1.0
DL
0 8
ü
Yo
0 .6
hi
~~Ví.
0A
\
2,
n
-
0 .2
N
\
0 .0
I
-0
C
0.5
/ Vi
V Vi
1.0
1.5
\ 0.5
Figura A5-4. Coeficiente de pérdidas por salida de laterales descargando en múltiples
recolectores.
Para el lateral más alejado de la salida, o sea, al inicio del flujo, el coeficiente Beta (6) es
igual a: 151= 1.5
íllL
(15)
Hn =
2g
•P
(16)
Obligando a q, = 1.2 qn y combinando las ecuaciones (15) y (16) se obtiene (H,= Hn)
cuando se desprecia la fricción:
1.5 q1, = p,q] = (3,(1.2 qj
192
(17)
Anexo 5
Se admite que:
q, + in
qn
Q
n
=
'-2 q«
+
= 0.909 ±
n
g.
2 2
=
-
y
(19)
q\ = \lqn
(20)
q, = 1.2 * 0.909 — = 1.091 —
n
n
(21)
p. = 1.042 = 1.5 - 0.7(-^-QlJLf
'
7.097 g y
•
(22)
Reemplazando la ecuación (21) en la 14, para Bj se tiene:
(23')
C7.J - 7.ÍW2/ ( " " "
(0.7 f n
R=
M
'
;.
..,,
(24)
Como se puede observar en las ecuaciones ( 12) y (24), el múltiple recolector requiere un
diseño más cuidadoso que el difusor. Durante la filtración los caudales son más bien pequeños y por este motivo este proceso no es el más desfavorable, con mayor razón si se tiene en
cuenta el efecto distribuidor de la grava como material filtrante. En cambio el lavado del
filtro si resulta ser una condición muy desfavorable por las altas velocidades implicadas y
además, los múltiples son recolectores ya que el lavado se hace con flujo descendente. La
velocidad del lavado recomendable es de 20 m/h (5.46 mm/s) mientras la velocidad de filtración es solamente 0.7 m/h (0.194 mm/s).
Teniendo en cuenta la experiencia adquirida en el diseño de este tipo de unidades y considerando sólo la hidráulica de los múltiples, se admiten en los difusores, valores de R mayor
de 0.61 por el efecto compensador existente en este tipo de elementos. Si además se tiene en
cuenta el efecto compensador del medio filtrante, no conociéndose investigación alguna al
respecto, se sugiere usar los siguientes valores para el diseño:
193
a) Para múltiples difusores:
nR < 1.0 = K
b) Para múltiples recolectores:
nR < 0.5 = K
Si VL es la velocidad en el lateral y V la velocidad en la tubería principal, las ecuaciones
anteriores se pueden expresar en función de la velocidad, teniendo en cuenta que R es la
relación de áreas entre el lateral y el principal, por consiguiente:
™
=
;
K
'
A
(25)
./•
;
'•
Multiplicando y dividiendo por Q:
naQ
(26)
K
:
A Q
;
:.
o sea :
^
;
:
.
•.
'
'
,,
\
;
= K
:
VL
•
De manera que, en forma aproximada, puede decirse que:
a) Para múltiples difusores:
v,
Í
v,.
;
b) Para múltiples recolectores:
VP
*
0,5 VL
3. EJEMPLO DE DISEÑO DE MÚLTIPLES
Se diseñará el sistema de drenaje para un filtro grueso de flujo ascendente cuyas
dimensiones son:
Ancho = 2.1m
Largo = 2.7 m
Velocidad de lavado: 20m/h
El caudal total de lavado será: (Q)
Q =
194
V*A
=
20*2 1*2 7
=31.5I/s
3.6
•:
Anexo 5
Considerando un principal de 2.6 m de largo e instalando 4 laterales, el espaciamiento
entre ellos será de 0.65 m y el caudal por lateral (q, ) será:
Asumiendo una relación Ro= 0.0015
Ro =
Area orificios
n Ao
Area de lecho
AL
Ai = 2.1 * 2.7 = 5.67 ~-2
m
0.785 d02
Para orificios de 95 x 10"2 m de diámetro (3/8"), d 2= 90.25 * 105 m2
Ao = 7.085 * IO5 m2
5-67
Por lo tanto el número de orificios por lateral será 30.5, adoptándose 32
El diámetro del lateral puede ser calculado así:
1/4 7td2L = 1/4 712n * d20
El diámetro del lateral sería entonces:
dL = (2n)l/2do
dL = (232 f2 0.95 = lAcm
dL
= 2.9", se adoptan 3"
'.'
El diámetro de la tubería principal del recolector puede calcularse así:
R - 0.5/n
195
lo cual da
= -Jíñ
Con dos laterales descargando en cada sección del principal el diámetro del principal será
igual a:
dp = 42*2* 3"
dp = 2 * 3" = 6"
En las figuras A5-5 y A5-6 se ilustran esquemas del multiple diseñado. Cualquier solución razonable, con parámetros diferentes, que produzca una buena velocidad de lavado, es
aceptable.
0.70 m
3"
• nt=r-_
Colector
principal
:í2 Orificios
de 96.52 mi
0.70 m
Lateral
3"
32 Orificios
de 96.52 mi
0.70 m
DD
Válvula de
/
a p e r t u r a rápida /
Figura A5-5. Distribución esquemática del múltiple difusor en un filtro grueso.
196
Tubería de drenaje PVC
3 Pulgadas
o
Orificios de 3 / 8 de p u l p a d ;
Figura A5-6. Ubicación de los orificios en el múltiple recolector del filtro grueso
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
HUDSON, H.E.; UMLER, R, AND BALLEY. (1979). Dividing flow manifold With square adgeg lateral. Journal. EED., Asee: 745.
HUDSON, H.E. JR.(1981). Water clarification Processes Practical Design and Evaluation.Van Nostrand Reinhold Company. New Yok,
USA.
FAIR, G,; GEYER, J. AND OKUN, D.(1981). Ingeniería Sanitaria y de Aguas Residuales. Editorial Limusa, S.A. Versión española.
México, D.F..
CASTILLA, A, y GALVIS, G., (1985). Diseño de Múltiples. Curso de Abasto de Agua para Poblaciones. Universidad del Valle. Facultad
de Ingeniería. Cali.